本發(fā)明涉及橡膠材料技術領域，特別是一種高強耐磨橡膠材料。
背景技術：
橡膠行業(yè)是國民經濟的重要基礎產業(yè)之一，由于其獨特的性能，它在為人民提供日常生活中不可或缺的日用、醫(yī)用等輕工產品的同時，也向機械、交通、建筑、制造等重工業(yè)提供各種橡膠部件。現代材料工業(yè)的發(fā)展中，橡膠材料因為質地輕巧、性能良好、原料豐富、加工方便、用途廣泛，因而發(fā)展速度大大越過了傳統(tǒng)的鋼鐵、木材、水泥三大基本材料。橡膠材料在現代生活中的應用也越來越廣泛，其中，高強度耐磨橡膠材料的開發(fā)是目前橡膠研究領域的重要研究方向，高強度耐磨高橡膠良好的性能可以滿足當代科技發(fā)展對橡膠材料提出的一些特殊要求，與傳統(tǒng)金屬材料相比具有質量小、絕緣性能好等特點，因此發(fā)展很快，但又有先天不足，現有技術中高強度耐磨高分子材料通常有硬脆、易老化、耐磨性能不佳等缺點，影響材料使用壽命。
技術實現要素：
基于背景技術提出的問題，本發(fā)明提出了一種高強耐磨橡膠材料，其在保持固有的良好彈性基礎上，還具有強度高、耐磨性好、使用壽命長的優(yōu)點。
本發(fā)明提出的一種高強耐磨橡膠材料，其原料按重量份包括：環(huán)氧天然橡膠55-75份、三元乙丙橡膠15-27份、丁苯橡膠18-32份、聚氨酯彈性體6-12份、炭黑N330 1-3份、炭黑N660 3-6份、改性補強填料12-20份、輕鈣4-10份、蒙脫土22-28份、聚丙烯纖維3-10份、二硫化鉬5-8份、硅烷偶聯劑0.8-3份、納米氧化鋅3-8份、促進劑DM 1.5-2.5份、促進劑TMTM 1-3份、硫磺0.2-2份、防老劑0.5-1.5份、防老助劑0.1-0.5份、偏苯三酸三辛酯4-8份、檸檬酸三丁酯1-4份、環(huán)氧大豆油酸丁酯3-5份。
優(yōu)選地，其原料按重量份包括：環(huán)氧天然橡膠60-70份、三元乙丙橡膠18-24份、丁苯橡膠22-28份、聚氨酯彈性體8-10份、炭黑N330 1-2份、炭黑N660 4-5份、改性補強填料14-18份、輕鈣6-8份、蒙脫土24-26份、聚丙烯纖維5-8份、二硫化鉬6-7份、硅烷偶聯劑1.2-2.4份、納米氧化鋅5-6份、促進劑DM 1.8-2.2份、促進劑TMTM 1.5-2.5份、硫磺0.6-1.5份、防老劑0.8-1.2份、防老助劑0.2-0.4份、偏苯三酸三辛酯5-7份、檸檬酸三丁酯2-3份、環(huán)氧大豆油酸丁酯4-5份。
優(yōu)選地，所述改性補強填料的制備方法包括：按重量份將多壁碳納米管100份加入體積比為1:0-3的濃硝酸與濃硫酸的混合酸溶液中，在20-40℃下超聲處理1-3h，再加入60-80℃水浴中攪拌反應1-3h，冷卻至室溫，抽濾，洗滌，得到氧化碳納米管；將所述氧化碳納米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯劑5-15份加入到甲苯中，在頻率為30-38KHz，聲強為0.6-0.8W/cm2，溫度為105-115℃的條件下超聲反應4-6h，抽濾，洗滌，真空干燥，得到表面活化的多壁碳納米管；將所述表面活化的多壁碳納米管中加入乙醇中攪拌均勻，加入聚合甘油25-40份，升溫至70-85℃，攪拌20-26h，靜置10-12h后，抽濾，洗滌，真空干燥，得到所述改性補強填料。
優(yōu)選地，所述聚合甘油是通過將甘油加熱至230-270℃，在氮氣保護的條件下，加入氫氧化鈉作為催化劑進行聚合反應得到。
優(yōu)選地，所述環(huán)氧化天然橡膠是由重量配比為5:1-2的環(huán)氧化度為10％的環(huán)氧化天然橡膠和環(huán)氧化度為30％的環(huán)氧化天然橡膠組成。
優(yōu)選地，所述防老劑是由防老劑4010、防老劑4010NA、防老劑4020、防老劑3100中的一種或者多種組成。
優(yōu)選地，所述防老助劑是由微晶石蠟與微晶蠟OK1987組成，微晶石蠟與微晶蠟OK1987的重量配比為1:1.3-1.5。
優(yōu)選地，所述高強耐磨橡膠材料的制備方法包括：將環(huán)氧天然橡膠、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠和聚氨酯彈性體加入密煉機中塑煉得到橡膠主料；向所述橡膠主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性補強填料、輕鈣、蒙脫土、聚丙烯纖維、二硫化鉬、硅烷偶聯劑、防老劑、防老助劑、偏苯三酸三辛酯、檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油酸丁酯進行混煉，再加入硫磺，促進劑DM，促進劑TMTM和納米氧化鋅進行混煉，接著升溫至160-200℃繼續(xù)進行混煉，降溫出料后得到所述高強耐磨橡膠材料。
優(yōu)選地，所述高強耐磨橡膠材料的制備方法包括：將環(huán)氧天然橡膠、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠和聚氨酯彈性體加入密煉機中塑煉25-30min得到橡膠主料，其中塑煉過程中打三角包4-6次；向所述橡膠主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性補強填料、輕鈣、蒙脫土、聚丙烯纖維、二硫化鉬、硅烷偶聯劑、防老劑、防老助劑、偏苯三酸三辛酯、檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油酸丁酯以80-85rpm的攪拌速度混煉27-30min，再加入硫磺，促進劑DM，促進劑TMTM和納米氧化鋅以75-80rpm的攪拌速度混煉21-25min，接著升溫至175-185℃繼續(xù)混煉8-13min，降溫出料后得到所述高強耐磨橡膠材料。
本發(fā)明中，所述高強耐磨橡膠材料采用環(huán)氧化天然橡膠、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠以及聚氨酯彈性體作為主料配合使用，不僅互溶性好，還改善了膠料的粘結力、剛度及交聯度，所得制品的彈性及耐磨性能優(yōu)異；其中環(huán)氧化天然橡膠在保留天然橡膠綜合性能的基礎上，進一步提高了產品的氣密性和粘著性，同時還具備一些特殊性能，其與三元乙丙橡膠和丁苯橡膠復配，改善了橡膠組合物的定伸應力、拉伸強度、撕裂強度和耐磨性能；此外，本發(fā)明中為了改善橡膠材料的強度特性，通過加入炭黑與改性補強填料復配作為補強劑；一方面，由于炭黑N330和炭黑N660表面具有許多能和橡膠反應的化學基團，其分散于橡膠分子中，與橡膠分子鏈相互纏繞，起到物理交聯點的作用，提高了橡膠的定伸強度、拉伸強度和拉斷伸長率；另一方面，通過混酸處理后的多壁碳納米管在其表面含有大量活性基團，再經過與硅烷偶聯劑的接枝處理，可與聚合甘油上的羥基和醚基產生吸附，從而對多壁碳納米管產生包裹，改善了多壁碳納米管與環(huán)氧化天然橡膠等基料間的界面作用，可以顯著提高橡膠材料的界面結合效應，提高其在基料中的分散性和穩(wěn)定性，并保持著多壁碳納米管的特有結構，這有利于充分發(fā)揮多壁碳納米管的補強效應，極大得增強了制品的強度性能以及耐老化性能；本發(fā)明中同時還加入一定量的蒙脫土、聚丙烯纖維、云母粉和二硫化鉬作為補強劑和填充劑，其能夠大量填充在橡膠分子之中，增加了本發(fā)明的容積，節(jié)約了成本，不僅提高橡膠材料的抗拉伸強度撕裂強度，同時顯著增強了橡膠材料的耐磨性能；而以硫磺為主硫化劑，以促進劑DM，促進劑TMTM為助硫化劑組成的快速硫硫化體系，能夠顯著提高各種原料分子間交聯程度，促進分子間網狀結構生成，從而大大提高本發(fā)明耐侯性、拉伸性能和耐磨性能；納米氧化鋅的添加劑可以提高橡膠硫化時的硫化效率、提高橡膠材料的耐磨性能以及改善橡膠材料的物理力學性能；加入的對苯二胺類防老劑，能與橡膠分子發(fā)生反應，保持橡膠最佳的機械性能，提高本發(fā)明的耐老化性能；防老助劑選擇不同結晶度的微晶石蠟與微晶蠟OK1987的混合使用，可提高材料的耐臭氧性能，同時進一步提高本發(fā)明可塑性，降低了原料粘度和混煉時的溫度，改善分散性與混合性，提高本發(fā)明的拉伸強度、伸長率和減震性能；偏苯三酸三辛酯、檸檬酸三丁酯和環(huán)氧大豆油酸丁酯作為增塑劑使用，可提高本發(fā)明可塑性，降低了原料粘度和混煉時的溫度，改善分散性與混合性。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明。
實施例1
一種高強耐磨橡膠材料，其原料按重量份包括：環(huán)氧天然橡膠55份、三元乙丙橡27份、丁苯橡膠18份、聚氨酯彈性體12份、炭黑N330 1份、炭黑N660 6份、改性補強填料12份、輕鈣10份、蒙脫土22份、聚丙烯纖維10份、二硫化鉬5份、硅烷偶聯劑3份、納米氧化鋅3份、促進劑DM 2.5份、促進劑TMTM 1份、硫磺2份、防老劑0.5份、防老助劑0.5份、偏苯三酸三辛酯4份、檸檬酸三丁酯4份、環(huán)氧大豆油酸丁酯3份；
其中，所述改性補強填料的制備方法包括：按重量份將多壁碳納米管100份加入濃硝酸溶液中，在40℃下超聲處理1h，再加入80℃水浴中攪拌反應1h，冷卻至室溫，抽濾，洗滌，得到氧化碳納米管；將所述氧化碳納米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯劑15份加入到甲苯中，在頻率為30KHz，聲強為0.8W/cm2，溫度為105℃的條件下超聲反應6h，抽濾，洗滌，真空干燥，得到表面活化的多壁碳納米管；將所述表面活化的多壁碳納米管中加入乙醇中攪拌均勻，加入聚合甘油25份，升溫至85℃，攪拌20h，靜置12h后，抽濾，洗滌，真空干燥，得到所述改性補強填料；所述聚合甘油是通過將甘油加熱至230℃，在氮氣保護的條件下，加入氫氧化鈉作為催化劑進行聚合反應得到；
所述環(huán)氧化天然橡膠是由重量配比為5:1的環(huán)氧化度為10％的環(huán)氧化天然橡膠和環(huán)氧化度為30％的環(huán)氧化天然橡膠組成；所述防老劑為防老劑4010；所述防老助劑是由微晶石蠟與微晶蠟OK1987組成，微晶石蠟與微晶蠟OK1987的重量配比為1:1.3。
實施例2
一種高強耐磨橡膠材料，其原料按重量份包括：環(huán)氧天然橡膠75份、三元乙丙橡膠15份、丁苯橡膠32份、聚氨酯彈性體6份、炭黑N330 3份、炭黑N660 3份、改性補強填料20份、輕鈣4份、蒙脫土28份、聚丙烯纖維3份、二硫化鉬8份、硅烷偶聯劑0.8份、納米氧化鋅8份、促進劑DM 1.5份、促進劑TMTM 3份、硫磺0.2份、防老劑1.5份、防老助劑0.1份、偏苯三酸三辛酯8份、檸檬酸三丁酯1份、環(huán)氧大豆油酸丁酯5份；
其中，所述改性補強填料的制備方法包括：按重量份將多壁碳納米管100份加入體積比為1:3的濃硝酸與濃硫酸的混合酸溶液中，在20℃下超聲處理3h，再加入60℃水浴中攪拌反應3h，冷卻至室溫，抽濾，洗滌，得到氧化碳納米管；將所述氧化碳納米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯劑5份加入到甲苯中，在頻率為38KHz，聲強為0.6W/cm2，溫度為115℃的條件下超聲反應4h，抽濾，洗滌，真空干燥，得到表面活化的多壁碳納米管；將所述表面活化的多壁碳納米管中加入乙醇中攪拌均勻，加入聚合甘油40份，升溫至70℃，攪拌26h，靜置10h后，抽濾，洗滌，真空干燥，得到所述改性補強填料；所述聚合甘油是通過將甘油加熱至270℃，在氮氣保護的條件下，加入氫氧化鈉作為催化劑進行聚合反應得到；
所述環(huán)氧化天然橡膠是由重量配比為5:1的環(huán)氧化度為10％的環(huán)氧化天然橡膠和環(huán)氧化度為30％的環(huán)氧化天然橡膠組成；所述防老劑為防老劑4010NA；所述防老助劑是由微晶石蠟與微晶蠟OK1987組成，微晶石蠟與微晶蠟OK1987的重量配比為1:1.5。
實施例3
一種高強耐磨橡膠材料，其原料按重量份包括：環(huán)氧天然橡膠60份、三元乙丙橡膠24份、丁苯橡膠22份、聚氨酯彈性體10份、炭黑N330 1份、炭黑N660 5份、改性補強填料14份、輕鈣8份、蒙脫土24份、聚丙烯纖維8份、二硫化鉬6份、硅烷偶聯劑2.4份、納米氧化鋅5份、促進劑DM 2.2份、促進劑TMTM 1.5份、硫磺1.5份、防老劑0.8份、防老助劑0.4份、偏苯三酸三辛酯5份、檸檬酸三丁酯3份、環(huán)氧大豆油酸丁酯4份；
其中，所述改性補強填料的制備方法包括：按重量份將多壁碳納米管100份加入體積比為1:1的濃硝酸與濃硫酸的混合酸溶液中，在30℃下超聲處理2h，再加入70℃水浴中攪拌反應2h，冷卻至室溫，抽濾，洗滌，得到氧化碳納米管；將所述氧化碳納米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯劑10份加入到甲苯中，在頻率為34KHz，聲強為0.7W/cm2，溫度為110℃的條件下超聲反應5h，抽濾，洗滌，真空干燥，得到表面活化的多壁碳納米管；將所述表面活化的多壁碳納米管中加入乙醇中攪拌均勻，加入聚合甘油30份，升溫至75℃，攪拌23h，靜置11h后，抽濾，洗滌，真空干燥，得到所述改性補強填料；所述聚合甘油是通過將甘油加熱至250℃，在氮氣保護的條件下，加入氫氧化鈉作為催化劑進行聚合反應得到；
所述環(huán)氧化天然橡膠是由重量配比為5:1.5的環(huán)氧化度為10％的環(huán)氧化天然橡膠和環(huán)氧化度為30％的環(huán)氧化天然橡膠組成；所述防老劑是由防老劑4020、防老劑3100組成；所述防老助劑是由微晶石蠟與微晶蠟OK1987組成，微晶石蠟與微晶蠟OK1987的重量配比為1:1.4；
所述高強耐磨橡膠材料的制備方法包括：將環(huán)氧天然橡膠、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠和聚氨酯彈性體加入密煉機中塑煉25min得到橡膠主料，其中塑煉過程中打三角包6次；向所述橡膠主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性補強填料、輕鈣、蒙脫土、聚丙烯纖維、二硫化鉬、硅烷偶聯劑、防老劑、防老助劑、偏苯三酸三辛酯、檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油酸丁酯以80rpm的攪拌速度混煉30min，再加入硫磺，促進劑DM，促進劑TMTM和納米氧化鋅以75rpm的攪拌速度混煉25min，接著升溫至160℃繼續(xù)混煉13min，降溫出料后得到所述高強耐磨橡膠材料。
實施例4
一種高強耐磨橡膠材料，其原料按重量份包括：環(huán)氧天然橡膠70份、三元乙丙橡膠18份、丁苯橡膠28份、聚氨酯彈性體8份、炭黑N330 2份、炭黑N660 4份、改性補強填料18份、輕鈣6份、蒙脫土26份、聚丙烯纖維5份、二硫化鉬7份、硅烷偶聯劑1.2份、納米氧化鋅6份、促進劑DM 1.8份、促進劑TMTM 2.5份、硫磺0.6份、防老劑1.2份、防老助劑0.2份、偏苯三酸三辛酯7份、檸檬酸三丁酯2份、環(huán)氧大豆油酸丁酯5份；
其中，所述改性補強填料的制備方法包括：按重量份將多壁碳納米管100份加入體積比為1:2的濃硝酸與濃硫酸的混合酸溶液中，在25℃下超聲處理2.5h，再加入75℃水浴中攪拌反應1.5h，冷卻至室溫，抽濾，洗滌，得到氧化碳納米管；將所述氧化碳納米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯劑8份加入到甲苯中，在頻率為35KHz，聲強為0.7W/cm2，溫度為108℃的條件下超聲反應4.5h，抽濾，洗滌，真空干燥，得到表面活化的多壁碳納米管；將所述表面活化的多壁碳納米管中加入乙醇中攪拌均勻，加入聚合甘油35份，升溫至75℃，攪拌22h，靜置11h后，抽濾，洗滌，真空干燥，得到所述改性補強填料；所述聚合甘油是通過將甘油加熱至260℃，在氮氣保護的條件下，加入氫氧化鈉作為催化劑進行聚合反應得到；
所述環(huán)氧化天然橡膠是由重量配比為5:1.6的環(huán)氧化度為10％的環(huán)氧化天然橡膠和環(huán)氧化度為30％的環(huán)氧化天然橡膠組成；所述防老劑為防老劑4010；所述防老助劑是由微晶石蠟與微晶蠟OK1987組成，微晶石蠟與微晶蠟OK1987的重量配比為1:1.5；
所述高強耐磨橡膠材料的制備方法包括：將環(huán)氧天然橡膠、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠和聚氨酯彈性體加入密煉機中塑煉30min得到橡膠主料，其中塑煉過程中打三角包4次；向所述橡膠主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性補強填料、輕鈣、蒙脫土、聚丙烯纖維、二硫化鉬、硅烷偶聯劑、防老劑、防老助劑、偏苯三酸三辛酯、檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油酸丁酯以85rpm的攪拌速度混煉27min，再加入硫磺，促進劑DM，促進劑TMTM和納米氧化鋅以80rpm的攪拌速度混煉21min，接著升溫至200℃繼續(xù)混煉8min，降溫出料后得到所述高強耐磨橡膠材料。
實施例5
一種高強耐磨橡膠材料，其原料按重量份包括：環(huán)氧天然橡膠65份、三元乙丙橡膠21份、丁苯橡膠25份、聚氨酯彈性體9份、炭黑N330 1.5份、炭黑N660 4.5份、改性補強填料16份、輕鈣7份、蒙脫土25份、聚丙烯纖維7份、二硫化鉬6.5份、硅烷偶聯劑1.8份、納米氧化鋅5.5份、促進劑DM 2份、促進劑TMTM 2份、硫磺1份、防老劑1份、防老助劑0.3份、偏苯三酸三辛酯6份、檸檬酸三丁酯2.5份、環(huán)氧大豆油酸丁酯4.5份；
其中，所述改性補強填料的制備方法包括：按重量份將多壁碳納米管100份加入體積比為1:1的濃硝酸與濃硫酸的混合酸溶液中，在30℃下超聲處理2h，再加入70℃水浴中攪拌反應2h，冷卻至室溫，抽濾，洗滌，得到氧化碳納米管；將所述氧化碳納米管和3-氨丙基三乙氧基硅烷偶聯劑10份加入到甲苯中，在頻率為35KHz，聲強為0.7W/cm2，溫度為110℃的條件下超聲反應5h，抽濾，洗滌，真空干燥，得到表面活化的多壁碳納米管；將所述表面活化的多壁碳納米管中加入乙醇中攪拌均勻，加入聚合甘油30份，升溫至80℃，攪拌23h，靜置11h后，抽濾，洗滌，真空干燥，得到所述改性補強填料；所述聚合甘油是通過將甘油加熱至250℃，在氮氣保護的條件下，加入氫氧化鈉作為催化劑進行聚合反應得到；
所述環(huán)氧化天然橡膠是由重量配比為5:1.5的環(huán)氧化度為10％的環(huán)氧化天然橡膠和環(huán)氧化度為30％的環(huán)氧化天然橡膠組成；所述防老劑為防老劑3100；所述防老助劑是由微晶石蠟與微晶蠟OK1987組成，微晶石蠟與微晶蠟OK1987的重量配比為1:1.3；
所述高強耐磨橡膠材料的制備方法包括：將環(huán)氧天然橡膠、三元乙丙橡膠、丁苯橡膠和聚氨酯彈性體加入密煉機中塑煉27min得到橡膠主料，其中塑煉過程中打三角包5次；向所述橡膠主料中先加入炭黑N330、炭黑N660、改性補強填料、輕鈣、蒙脫土、聚丙烯纖維、二硫化鉬、硅烷偶聯劑、防老劑、防老助劑、偏苯三酸三辛酯、檸檬酸三丁酯、環(huán)氧大豆油酸丁酯以80-85rpm的攪拌速度混煉28min，再加入硫磺，促進劑DM，促進劑TMTM和納米氧化鋅以78rpm的攪拌速度混煉23min，接著升溫至175℃繼續(xù)混煉9min，降溫出料后得到所述高強耐磨橡膠材料。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，根據本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。