[发明专利]弹性体复合材料及其制造方法

说明书

本申请是中国发明申请(发明名称：弹性体复合材料及其制造方法，申请日：2009年2月5日；申请号：200980111395.X)的分案申请。

相关申请

本申请要求2008年2月8日提交的美国临时申请No.61/065,086的优先权，其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及弹性体复合材料的制造方法以及通过这种方法制造的复合材料。

背景技术

许多具有商业意义的产品由弹性体组合物形成，其中颗粒填料分散在任意的各种合成弹性体、天然橡胶或弹性体共混物中。例如，炭黑被广泛地用作天然橡胶及其它弹性体中的增强剂。通常制成母料，即填料、弹性体和各种任选添加剂(例如增量油)的预混合物。炭黑母料由不同等级的市售炭黑制备，这些炭黑在结构和每单位重量的表面积两者上不同，所述结构和每单位重量的表面积是对由初级炭黑颗粒彼此熔合(fusion)所形成的炭黑聚集体的尺寸和复杂性的描述。许多具有商业意义的产品由分散在天然橡胶中的炭黑颗粒填料的这种弹性体组合物形成。这种产品包括例如机动车轮胎，其中，不同的弹性体组合物可用来做胎面部分、轮胎侧壁、衬线包层(wire skim)和胎体(carcass)。其它产品包括例如发动机机架衬套、传送带、风挡刮水器等。

一段时间以来，认识到炭黑在天然橡胶配混料中的良好分散是获得良好品质和一致的产品性能的最重要因素之一，且已经付出相当大的努力以开发用于评估在橡胶中的分散品质的程序。混合操作对混合效率和宏观分散具有直接影响。通常，通过更长时间的混合以及通过更为强烈的混合，在干混母料中获得更好的炭黑宏观分散。然而，不幸的是，通过更久、更强烈的混合而获得更好的宏观分散使得其中分散有炭黑的弹性体降解。在天然橡胶(其对机械降解/热降解高度敏感)的情况下，这是特别成问题的。使用已知的混合技术和装置(例如密炼机)的更久和更强烈的混合降低了天然橡胶母料组合物的分子量。从而，知晓炭黑在天然橡胶中的改善的宏观分散是在橡胶分子量相应的且通常不期望的降低的情况下获得的。

除了干混技术以外，还已知将胶乳和炭黑浆料连续进料到搅拌的凝聚罐中。这种“湿式”技术经常与合成弹性体(例如丁苯橡胶(SBR))一起使用。凝聚罐含有凝聚剂，例如盐或pH通常为约2.5~4的酸水溶液。在凝聚罐中，使胶乳和炭黑浆料混合并凝聚成称为湿团粒的小珠(直径通常为几毫米)。使团粒与酸性流出物分离，通常通过振动的振动筛等来进行该分离。然后，将团粒倾倒到第二搅拌罐中，在该第二搅拌罐中，洗涤所述团粒以获得中性或接近中性的pH。其后，使团粒经受另外的振动筛分以及干燥步骤等。已经提出该方法的变型以用于天然和合成弹性体的凝聚。在Hagopian等人的共有美国专利No.4,029,633中描述了用于制备弹性体母料的连续方法。制备炭黑的含水浆料并将其与天然或合成弹性体胶乳混合。该混合物经历所谓的乳油化(creaming)操作，所述操作任选地使用任何各种已知的乳油化剂。在炭黑/胶乳混合物的乳油化之后，对其进行凝聚步骤。具体地说，将经乳油化的炭黑/胶乳混合物作为单一紧密结合(coherent)物流引入到凝聚用液体物流的中心内。经乳油化的炭黑/胶乳混合物的固体物流据称经受了在凝聚之前通过凝聚用液体物流进行的剪切和雾化，然后，被输送到用于完成凝聚的合适的反应区。在凝聚步骤之后，将团粒与废产物“浆液(serum)”分离、洗涤并干燥。Heller等人的美国专利No.3,048,559中描述了有点类似的方法。炭黑的含水浆料与天然或合成弹性体或者胶乳的物流连续共混。这两种物流在描述为包括激烈的液压湍流(hydraulic turbulence)和冲击的条件下混合。如在上述Hagopian专利的情况中一样，随后通过加入酸或盐凝聚剂溶液使炭黑浆料和弹性体胶乳的组合物流凝聚。

众所周知，干母料(例如，通过干混法制造的干母料或者通过湿母料法以及随后的干燥制造的干母料)的塑炼可用于降低门尼粘度并改善加工性能，同时引入添加剂(如油、抗氧化剂和氧化锌)。还可加入硫化剂，或者可在第二塑炼步骤中加入硫化剂。但是，需要在较低的温度(例如，低于125℃)下进行混合以防止预固化或过早硫化。此外，过度混合可对粘弹性能有害并可使储存期间的絮凝增加，这可增强储存硬化并进一步降低橡胶性能(Wang等人,KGK Kauschuk Gummi Kunststoffe，第7-8卷，2002年，第388-396页)。