[发明专利]一种各向异性橡胶材料及其制备方法

权利要求书

1.一种各向异性橡胶材料，其特征在于包括以下重量份的组分：生胶100份，白炭黑5-30份，羟基硅油1-5份，硅微粉2-10份，短纤维5-50份，硅烷偶联剂1-5份，稀释剂2-8份，交联剂0.5-5份；所述短纤维为纳米短纤维、微米短纤维中的一种或两种及以上的混合物；所述纳米短纤维直径为10-100nm，长径比为10-200，包括聚苯胺纳米纤维、尼龙纳米纤维、芳纶纳米纤维、硅酸盐纳米纤维；所述微米短纤维直径为1-15μm，长径比为10-200，包括玻璃纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、聚酯纤维；所述稀释剂为链烷烃、环烷烃、芳香烃中的一种或两种及以上的混合物，闪点60℃～100℃；

各向异性橡胶材料的制备方法，包括以下工艺步骤：

1）短纤维表面处理：将硅烷偶联剂与纯净水按一定比例混合，充分搅拌至硅烷偶联剂水解完全，加入短纤维材料，搅拌、静置后，放入120℃烘箱中进行烘干处理4h；烘干完成后，进行冷却，将冷却后的短纤维材料放入超声分散器中进行超声分散处理，分散完成后，待用；

2）将生胶放入捏合机内，在20℃-30℃温度下塑炼10min，随后加入白炭黑、羟基硅油，在100℃-120℃温度下混炼50-70min，待白炭黑完全被胶料吃入后，加入硅微粉、处理后的短纤维材料，于40℃-60℃温度下混炼20-40min，待两种材料完全吃入后，在40℃-60℃温度、真空度0.08MPa条件下混炼10-20min，使填料充分分散，排除胶料中的气泡，冷却后制得母炼胶；

3）将步骤2）制得的母炼胶在开炼机上塑炼3-5min后，加入稀释剂、交联剂混炼5min，随后对胶料进行8-10次薄通分散，最后将胶料在开炼机上压延成10mm～15mm厚度，制得终炼胶，待用；

4）短纤维填充橡胶的取向与成型：将终炼胶加入精密液压挤出机，挤出机出料口连接一个取向成型一体化口模，短纤维通过取向孔后延口模轴向排列，通过成型口模后进入150℃～300℃的硫化烘道进行硫化，取向、成型、硫化后制得连续的橡胶条；

5）将步骤4）的橡胶条放入烘箱中进行二次硫化，烘箱温度150～200℃、烘烤时间2～4h；

所述一体化口模安装在液压挤出机（1）的出料口，包括取向壳体（2）、成型口模（3）和硫化定型模块，取向壳体（2）与精密液压挤出机（1）通过法兰固定连接，取向壳体（2）的后端与成型口模（3）的后端螺纹连接，取向壳体（1）的内通道上依次设置使纤维沿径向取向的一次取向通道（7）和使纤维沿轴向取向的二次取向通道（8），取向壳体（2）的后端与成型口模（3）固定连接，硫化定型模块位于成型口模（3）的后端；取向壳体（2）的后端套设冷却套（9），冷却套（9）与取向壳体（2）之间具有冷却水流道（10）；硫化定型模块包括位于成型口模（3）后端的测径仪（4）、位于测径仪（4）后端的高温硫化烘道（5）及设置于高温硫化烘道（5）内的传送带（6）；

所述一次取向通道（7）横截面包括多个长条状孔或呈十字形孔，二次取向通道（8）的横截面包括多个小孔；

所述取向壳体（2）包括前后依次首尾固定连接的第一取向壳体（200）、第二取向壳体（201）和第三取向壳体（202），一次取向通道（7）位于第二取向壳体（201）的前端，二次取向通道（8）位于第三取向壳体（202）的前端；所述第三取向壳体（202）的内通道为前大后小的锥形结构。

2.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料，其特征在于所述生胶为硅橡胶，氟橡胶，三元乙丙橡胶的任一种或两种及以上的混合物。

3.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料，其特征在于所述白炭黑为气相法白炭黑，沉淀法白炭黑中的任一种或两者的混合物。

4.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料，其特征在于所述硅微粉为片状硅微粉或纤维状硅微粉中的一种或两种的混合物。

5.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料，其特征在于所述硅烷偶联剂含有环氧基或氨基基团，包括3-(3,4-环氧环己基)乙基三烷氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ―氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种及以上的混合物。

6.如权利要求1所述的一种各向异性橡胶材料，其特征在于所述交联剂为过氧化物硫化剂，铂金体系硫化剂中的一种或两者的混合物；其中过氧化物交联剂包括2,5-二甲基-2,5-二叔丁基过氧化己烷DBPMH、过氧化二异丙苯DCP、过氧化二异丁基DTBP、过氧化苯甲酰BP、2,4-二氯过氧化苯甲酰DCBP；其中铂金硫化体系由含氢硅油、铂金催化剂、铂金抑制剂三种成分组成。