[发明专利]一种具有高抗裂纹增长性胶料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于橡胶领域，具体涉及一种具有高抗裂纹增长性胶料及其制备方法。

背景技术

橡胶材料在动态条件下使用易产生疲劳，疲劳的结果是材料的力学性能下降，容易产生裂纹，裂纹进一步扩展导致材料的破坏。常见的动态制品如轮胎、输送带等，这些产品在交变应力的作用下容易产生裂纹，或者受外力刺扎而产生裂纹，继而裂纹扩展导致材料破坏。

动态条件下使用的橡胶制品受到交变应力的作用，很容易疲劳，橡胶材料的疲劳性能可以定义为由于周期性的应力（或变形）的作用而使材料的物理机械性能下降的现象。而疲劳破坏是指在低于其破环强度的条件下，在承受周期性应力（或应变）过程中，材料表面或内部产生微观损伤，并逐渐发展为宏观裂纹直至断裂，从而使制品丧失使用功能的现象。对橡胶材料疲劳性能的研究，最早可以追溯到上世纪 40 年代Cadwell等人对天然橡胶（NR）的研究。其后，各国学者从不同角度对橡胶材料的疲劳破坏性能进行了研究，并得到了许多有价值的规律。

由于橡胶具有大变形、低刚度的特点，而且具有不可忽视的粘弹滞后性，因此影响其疲劳破坏性能的因素非常复杂。早期对橡胶材料疲劳性能的研究多以考察疲劳寿命的影响因素为主，采用以力学理论为基础的裂纹扩展方法或S-N曲线法，通过宏观性能的变化来分析材料的疲劳特性，所得结果能够预测材料的疲劳寿命。近年来随着实验检测技术的发展，红外光谱、核磁共振、X光电子能谱仪、扫描电子显微镜和电子自旋共振等先进的微观测试方法也被用于橡胶疲劳破坏的研究，使人们对疲劳破坏机理的研究更加深入。LE CAM使用了一个新颖的原位微切削技术并且对在裂纹尖端后的材料微观结构进行了观察，确定疲劳破坏大多是由于孔穴现象而引起的，而这些孔穴大多是由于氧化锌和胶体之间的剥离而引起的。HAINSWORTH对炭黑填充天然橡胶的疲劳裂纹产生和扩展进行了研究，观察到裂纹扩展过程是非线性的，裂纹发生在试件边缘和缺陷部位。N.Sainter，Jean-Benoit Le Cam等采用电子显微镜和能谱仪对NR的裂纹扩展行为进行研究，发现硬质夹杂物及气穴是引发裂纹的主要因素，NR的累计应变诱导结晶使疲劳裂纹扩展产生了分支，分支显著降低了裂纹扩展速率。

综上所述，橡胶的疲劳破坏包括裂纹引发和裂纹增长两个过程，不同橡胶材料在这两个过程中表现出不同的特点，如NR裂纹引发速度快，但增长速度慢；而BR裂纹引发速度慢，但增长速度快。若将二者的疲劳破坏机理结合起来，更有利于提高材料的疲劳寿命。抗裂口增长性能与胶料拉伸强度、拉断伸长率及橡胶基体材料有较大关系，胶料拉断伸长率越大，变形能力越大，可以吸收的变形能量越大，橡胶抗裂口增长性能越好。目前橡胶制品行业，尤其是轮胎制品、输送带制品迫切需要对抗裂口增长性进行深入的研究，为制备高性能动态制品奠定基础。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明特别涉及了一种具有高抗裂纹增长性的胶料及其制备方法。

一种具有高抗裂纹增长性的胶料，以基础橡胶质量为100份计，包括聚丁二烯橡胶80-95份，结晶性聚合物5-20份，填料10-50份，活化剂6-8份，防老剂 1-2份，促进剂 1-2份，硫化剂 2-3份及适量的加工助剂，以上均为重量份。

进一步的，所述结晶性聚合物是指能与聚丁二烯橡胶产生共交联的不饱和聚合物。

进一步的，所述结晶性聚合物是指杜仲胶或反式1，4聚异戊二烯。

进一步的，所述填料为炭黑、白炭黑或炭黑-白炭黑双相连续填料。

进一步的，所述炭黑-白炭黑双相连续填料中二氧化硅的含量是10-50%。

本发明的一种具有高抗裂纹增长性的胶料的制备方法，是先将聚丁二烯橡胶和纳米填料在开炼机上混合均匀备用；然后将结晶性聚合物在70-90℃的开炼机上均匀塑化，将上述混合均匀的聚丁二烯橡胶加入到结晶性聚合物中，混合均匀后依次加入加工助剂、防老剂、活性剂和促进剂，最后加入硫化剂，混合10-15分钟，下片备用

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明根据NR在动态形变过程中能够诱导结晶，结晶的存在抑制了裂纹的扩展，从而提高了疲劳寿命的特点，将具有类似NR结晶特点的结晶性聚合物和聚丁二烯橡胶并用，在机械共混的过程中同时添加补强性纳米填料，并使结晶聚合物和纳米粒子均匀分散在聚丁二烯橡胶中。通过硫化使结晶性聚合物和聚丁二烯产生共交联，保证基体材料的力学性能，利用结晶性聚合物残余的微晶体和纳米粒子双重作用抑制裂纹的扩展，提高聚丁二烯橡胶的抗裂纹增长性。

附图说明