本发明涉及功能橡胶及其制备技术领域，具体涉及一种无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶及制备方法。
背景技术：
传动带也称为输送带，是传动带系统中的传动介质。传动带系统属于传动系统中的一种，系统会包括二个或是多个滑轮，上面有传动带，滑轮可以无限制的旋转传动带行进。滑轮中会有一个或是多个有动力驱动，让传动带行进，并且带着传动带上传动的材料行进。有动力驱动的滑轮会称为驱动滑轮，其余的则称为惰轮。工业应用传动带的场合有二种:在工厂中，将输送材料或物体放在盒子或是托盘中的材料处理，以及输送大量物资或是农产品(例如例如粮食、食盐、煤、矿石、沙或是覆盖层等)的散料处理。
传动带在矿山、电厂、煤炭、码头等物料输送行业是必不可少的工具，其输送的连续性和高效性发挥巨大作用。同时由于目前输送量的增加，钢丝绳传动带的大运量和长运距也逐渐显著。但同时输送逞在运转过程中受物料的作用，与输送机托辊、物料的长时间接触、磨擦，造成传动带覆盖胶不耐磨、易脱落，造成维修保养频繁，寿命短。因而运行成本较高，同时报废的传动带不能再用。延长传动带使用寿命，就可以降低物料运输成本，降低能源使用量，节约能源保护环境，是我国经济发展的方向。
目前，传动带行业有耐磨传动带的生产，但其邵泊尔磨耗量指标在100～120mm3之间；也有高耐磨传动带的生产，其邵泊尔磨耗量指标在80～100mm3间。虽然都比常规传动带120～150mm3的邵泊尔磨耗量指标有一定程度的降低，但磨耗指标仍较高，传动带使用寿命还是较短、运行成本较高。
在现有技术中，耐油橡胶板以丁腈或氯丁橡胶为主要材料(可含有织物、金属薄板等增强材料)，经硫化而制得的具有一定厚度和较大面积的片状产品，简称耐油胶板或丁腈/氯丁橡胶板。丁腈橡胶一般系指由丁二烯和丙烯腈经乳液聚合制得的无规共聚物，也包括添加少量第三单体的改性品种，丁腈橡胶的特点是耐油。氯丁橡胶是有由2-氯-1，3-丁二烯经乳液聚合制成的均聚物，即聚氯丁二烯橡胶，氯丁橡胶的耐光、耐油、耐热、耐老化、耐化学品腐蚀性均优于天然橡胶，尤其耐臭氧老化、耐天候、耐燃性更突出，因此氯丁橡胶板不仅具有耐油性更具有阻燃性能。耐油橡胶板系由混炼胶经压延贴合成型或挤出成型，用平板硫化机硫化或用鼓式硫化机连续硫化而制成，广泛用于电子，热老化场所，作为油罐道密封使用。
中国专利“一种输送带用覆盖层用粘土/橡胶纳米复合材料及其制备方法”(申请号201110404103.0，公开号cn102516610a)公开了一种先采用乳液共沉法，将粘土(层状硅酸盐)直接加入天然橡胶胶乳中进行凝聚，制备天然橡胶/层状硅酸盐共沉胶制成母胶，然后再与合成橡胶及其配合剂进行复合，制备粘土/橡胶纳米复合材料作为传动带覆盖层。然而，这种方法因层状无机填料剥离后对橡胶材料的耐磨性的提高十分有限。随着钢丝绳传动带使用条件的日益苛刻，为保证其使用性能及寿命，用户对兼具高拉伸强度及高耐磨性能的橡胶材料的需求越来越迫切。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶及制备方法，解决了现有技术中添加层状无机填料进行传动带耐磨改性效果不佳以及拉伸强度和耐磨性能无法兼具的问题，提供的无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶具有耐磨性好、拉伸强度提升效果明显的优点，添加的石墨烯不易脱落，稳定性高，延长了无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶的使用时间。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶，所述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶40～60份，顺丁橡胶20～30份，三元乙丙橡胶10～20份，耐磨填料15～25份，硫磺5～8份，偶联剂5～10份，填充补强剂1～3份，防老剂2～3份，软化剂1～2份，硫化助剂1～3份；
所述耐磨填料为二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料。
通过层状硅酸盐携带石墨烯易于分散在橡胶基体中，相较于直接添加层状硅酸盐而言，对橡胶的耐磨性、拉伸强度提升效果更明显，可赋予传动带优异的耐磨性，克服了现有的传动带耐磨性能差的缺点。
进一步地，所述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶50～60份，顺丁橡胶20～25份，三元乙丙橡胶15～20份，耐磨填料18～22份，偶联剂7～9份，填充补强剂1～3份，防老剂2～3份，软化剂1～2份，硫化助剂1～3份。将重量份配比控制在此范围内，耐磨性和拉伸强度具有明显的提升，整体性能最好。
上述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将氯化钼溶于有机溶剂中，搅拌均匀得到前躯液，将前驱液均匀喷涂在负载石墨烯的层状硅酸盐的表面，置于90～110℃的干燥箱中干燥至少15min，再置于含硫氮气气氛的煅烧炉中烧结，在450～550℃下烧结25～35min后，再在750～850℃下烧结25～35min，随炉冷却至100℃以下，得到二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料；
步骤二、将步骤一中的耐磨填料与偶联剂按照上述重量份配比混合均匀后，再与丁苯橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶按照上述重量份的配比共同加入双辊开炼机上，在双辊开炼机上塑炼，塑炼的温度为95～105℃，塑炼时间为15～18min，再按照上述重量份配比依次加入填充补强剂、防老剂和软化剂分别进行混炼，混炼的温度为40～50℃，混炼时间为10～15min，出料得到胶料，将胶料冷却至室温后放在双辊开炼机上，再按照上述重量份的配比加入硫磺和硫化助剂进行炼胶，炼胶的温度为70～80℃，炼胶时间为3～4min，薄通排料，下片，即得无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶。
通过先将石墨烯负载于层状硅酸盐，然后通过在载体表面原位生长二硫化钼将石墨烯固定负载于层状硅酸盐，使得石墨烯不易脱落，通过层状硅酸盐携带石墨烯易于分散在橡胶基体中，相较于直接添加层状硅酸盐而言，对橡胶的耐磨性、拉伸强度提升效果更明显。
进一步优选地，所述有机溶剂为乙醇。
进一步地，所述步骤一中负载石墨烯的层状硅酸盐的制备过程具体为：将层状硅酸盐矿经除杂质以及水洗后，在温度为80～100℃下干燥至少30min，再与石墨烯分散液混合后加入球磨机进行研磨，干燥，得到负载石墨烯的层状硅酸盐。通过先将石墨烯负载于层状硅酸盐，使得石墨烯不易脱落，使得无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶稳定性更高，更利于延长无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶的使用寿命。
进一步地，所述石墨烯与层状硅酸盐的质量比为1：(10～15)。
进一步地，所述石墨烯分散液的制备过程具体为：将石墨粉放入n-甲基-2-吡咯烷酮中，超声剥离至少24h，制得1.0～1.2/ml的石墨烯分散液。通过超声剥离制备石墨烯分散液，能得到质量浓度更高的石墨烯分散液，更利于将石墨烯负载在层状硅酸盐上。
进一步优选地，所述步骤二中塑炼的温度为100℃，塑炼时间为15min；所述步骤二中混炼的温度为40℃，混炼时间为10min。此温度下制得的胶料性能更为均匀。
本发明的有益效果是：通过先将石墨烯负载于层状硅酸盐，然后通过在载体表面原位生长二硫化钼将石墨烯固定负载于层状硅酸盐，使得石墨烯不易脱落，通过层状硅酸盐携带石墨烯易于分散在橡胶基体中，相较于直接添加层状硅酸盐而言，对橡胶的耐磨性、拉伸强度提升效果更明显，可赋予传动带优异的耐磨性，克服了现有的传动带耐磨性能差的缺点。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶，所述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶40份，顺丁橡胶20份，三元乙丙橡胶10份，耐磨填料15份，硫磺5份，钛酸酯偶联剂5份，填充补强剂白炭黑1份，防老剂rd2份，软化剂芳烃油1份，硫化助剂tbbs1份；
所述耐磨填料为二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料。
上述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将氯化钼溶于乙醇中，搅拌均匀得到前躯液，将前驱液均匀喷涂在负载石墨烯的层状硅酸盐的表面，置于90℃的干燥箱中干燥至少15min，再置于含硫氮气气氛的煅烧炉中烧结，在450℃下烧结35min后，再在750℃下烧结35min，随炉冷却至100℃以下，得到二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料；二硫化钼控制在负载石墨烯的层状硅酸盐质量的15％；
步骤二、将步骤一中的耐磨填料与钛酸酯偶联剂按照上述重量份配比混合均匀后，再与丁苯橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶按照上述重量份的配比共同加入双辊开炼机上，在双辊开炼机上塑炼，塑炼的温度为95℃，塑炼时间为18min，再按照上述重量份配比依次加入填充补强剂白炭黑、防老剂rd和软化剂芳烃油分别进行混炼，混炼的温度为40℃，混炼时间为15min，出料得到胶料，将胶料冷却至室温后放在双辊开炼机上，再按照上述重量份的配比加入硫磺和硫化助剂tbbs进行炼胶，炼胶的温度为70℃，炼胶时间为4min，薄通排料，下片，即得无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶。
具体地，所述步骤一中负载石墨烯的层状硅酸盐的制备过程具体为：将层状硅酸盐矿滑石粉经除杂质以及水洗后，在温度为80℃下干燥至少30min，再与石墨烯分散液混合后加入球磨机进行研磨，干燥得到负载石墨烯的层状硅酸盐；其中石墨烯与层状硅酸盐的质量比为1：10，石墨烯分散液的制备过程具体为：将石墨粉放入n-甲基-2-吡咯烷酮中，超声剥离至少24h，制得1.0～1.2/ml的石墨烯分散液。
实施例2
一种无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶，所述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶60份，顺丁橡胶30份，三元乙丙橡胶20份，耐磨填料25份，硫磺8份，钛酸酯偶联剂10份，填充补强剂白炭黑3份，防老剂rd3份，软化剂芳烃油2份，硫化助剂tbbs3份；
所述耐磨填料为二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料。
上述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将氯化钼溶于乙醇中，搅拌均匀得到前躯液，将前驱液均匀喷涂在负载石墨烯的层状硅酸盐的表面，置于110℃的干燥箱中干燥至少15min，再置于含硫氮气气氛的煅烧炉中烧结，在550℃下烧结25min后，再在850℃下烧结25min，随炉冷却至100℃以下，得到二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料；二硫化钼控制在负载石墨烯的层状硅酸盐质量的15％；
步骤二、将步骤一中的耐磨填料与钛酸酯偶联剂按照上述重量份配比混合均匀后，再与丁苯橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶按照上述重量份的配比共同加入双辊开炼机上，在双辊开炼机上塑炼，塑炼的温度为105℃，塑炼时间为15min，再按照上述重量份配比依次加入填充补强剂白炭黑、防老剂rd和软化剂芳烃油分别进行混炼，混炼的温度为50℃，混炼时间为10min，出料得到胶料，将胶料冷却至室温后放在双辊开炼机上，再按照上述重量份的配比加入硫磺和硫化助剂tbbs进行炼胶，炼胶的温度为80℃，炼胶时间为3min，薄通排料，下片，即得无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶。
具体地，所述步骤一中负载石墨烯的层状硅酸盐的制备过程具体为：将层状硅酸盐矿云母经除杂质以及水洗后，在温度为100℃下干燥至少30min，再与石墨烯分散液混合后加入球磨机进行研磨，干燥得到负载石墨烯的层状硅酸盐；其中石墨烯与层状硅酸盐的质量比为1：15，石墨烯分散液的制备过程具体为：将石墨粉放入n-甲基-2-吡咯烷酮中，超声剥离至少24h，制得1.0～1.2/ml的石墨烯分散液。
实施例3
一种无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶，所述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶60份，顺丁橡胶25份，三元乙丙橡胶20份，耐磨填料22份，硫磺5份，钛酸酯偶联剂9份，填充补强剂白炭黑3份，防老剂rd3份，软化剂芳烃油2份，硫化助剂tbbs3份；
所述耐磨填料为二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料。
上述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将氯化钼溶于乙醇中，搅拌均匀得到前躯液，将前驱液均匀喷涂在负载石墨烯的层状硅酸盐的表面，置于100℃的干燥箱中干燥至少15min，再置于含硫氮气气氛的煅烧炉中烧结，在500℃下烧结30min后，再在800℃下烧结30min，随炉冷却至100℃以下，得到二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料；二硫化钼控制在负载石墨烯的层状硅酸盐质量的15％；
步骤二、将步骤一中的耐磨填料与钛酸酯偶联剂按照上述重量份配比混合均匀后，再与丁苯橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶按照上述重量份的配比共同加入双辊开炼机上，在双辊开炼机上塑炼，塑炼的温度为100℃，塑炼时间为15min，再按照上述重量份配比依次加入填充补强剂白炭黑、防老剂rd和软化剂芳烃油分别进行混炼，混炼的温度为45℃，混炼时间为12min，出料得到胶料，将胶料冷却至室温后放在双辊开炼机上，再按照上述重量份的配比加入硫磺和硫化助剂tbbs进行炼胶，炼胶的温度为75℃，炼胶时间为4min，薄通排料，下片，即得无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶。
具体地，所述步骤一中负载石墨烯的层状硅酸盐的制备过程具体为：将层状硅酸盐矿高岭土经除杂质以及水洗后，在温度为90℃下干燥至少30min，再与石墨烯分散液混合后加入球磨机进行研磨，干燥得到负载石墨烯的层状硅酸盐；其中石墨烯与层状硅酸盐的质量比为1：12，石墨烯分散液的制备过程具体为：将石墨粉放入n-甲基-2-吡咯烷酮中，超声剥离至少24h，制得1.0～1.2/ml的石墨烯分散液。
实施例4
一种无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶，所述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶55份，顺丁橡胶24份，三元乙丙橡胶18份，耐磨填料20份，硫磺5份，钛酸酯偶联剂8份，填充补强剂白炭黑2份，防老剂rd3份，软化剂芳烃油2份，硫化助剂tbbs2份；
所述耐磨填料为二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料。
上述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶的制备方法，包括如下步骤：
步骤一、将氯化钼溶于乙醇中，搅拌均匀得到前躯液，将前驱液均匀喷涂在负载石墨烯的层状硅酸盐的表面，置于100℃的干燥箱中干燥至少15min，再置于含硫氮气气氛的煅烧炉中烧结，在500℃下烧结30min后，再在800℃下烧结30min，随炉冷却至100℃以下，得到二硫化钼包覆石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料；二硫化钼控制在负载石墨烯的层状硅酸盐质量的15％；
步骤二、将步骤一中的耐磨填料与钛酸酯偶联剂按照上述重量份配比混合均匀后，再与丁苯橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶按照上述重量份的配比共同加入双辊开炼机上，在双辊开炼机上塑炼，塑炼的温度为100℃，塑炼时间为16min，再按照上述重量份配比依次加入填充补强剂白炭黑、防老剂rd和软化剂芳烃油分别进行混炼，混炼的温度为45℃，混炼时间为12min，出料得到胶料，将胶料冷却至室温后放在双辊开炼机上，再按照上述重量份的配比加入硫磺和硫化助剂tbbs进行炼胶，炼胶的温度为75℃，炼胶时间为4min，薄通排料，下片，即得无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶。
具体地，所述步骤一中负载石墨烯的层状硅酸盐的制备过程具体为：将层状硅酸盐矿高岭土经除杂质以及水洗后，在温度为90℃下干燥至少30min，再与石墨烯分散液混合后加入球磨机进行研磨，干燥得到负载石墨烯的层状硅酸盐；其中石墨烯与层状硅酸盐的质量比为1：12，石墨烯分散液的制备过程具体为：将石墨粉放入n-甲基-2-吡咯烷酮中，超声剥离至少24h，制得1.0～1.2/ml的石墨烯分散液。
对比例1
一种无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶，所述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶55份，顺丁橡胶24份，三元乙丙橡胶18份，耐磨填料20份，硫磺5份，钛酸酯偶联剂8份，填充补强剂白炭黑2份，防老剂rd3份，软化剂芳烃油2份，硫化助剂tbbs2份；
所述耐磨填料为负载石墨烯的层状硅酸盐耐磨填料。
上述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶的制备方法，包括如下步骤：
将耐磨填料与钛酸酯偶联剂按照上述重量份配比混合均匀后，再与丁苯橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶按照上述重量份的配比共同加入双辊开炼机上，在双辊开炼机上塑炼，塑炼的温度为100℃，塑炼时间为16min，再按照上述重量份配比依次加入填充补强剂白炭黑、防老剂rd和软化剂芳烃油分别进行混炼，混炼的温度为45℃，混炼时间为12min，出料得到胶料，将胶料冷却至室温后放在双辊开炼机上，再按照上述重量份的配比加入硫磺和硫化助剂tbbs进行炼胶，炼胶的温度为75℃，炼胶时间为4min，薄通排料，下片，即得无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶。
具体地，所述耐磨料为负载石墨烯的层状硅酸盐的制备过程具体为：将层状硅酸盐矿高岭土经除杂质以及水洗后，在温度为90℃下干燥至少30min，再与石墨烯分散液混合后加入球磨机进行研磨，干燥得到负载石墨烯的层状硅酸盐；其中石墨烯与层状硅酸盐的质量比为1：12，石墨烯分散液的制备过程具体为：将石墨粉放入n-甲基-2-吡咯烷酮中，超声剥离至少24h，制得1.0～1.2/ml的石墨烯分散液。
相比于实施例4，对比例1未采用二硫化钼包覆固定石墨烯，使得层状物负载的石墨烯容易脱落，影响在橡胶加工中的分散。
对比例2
一种传动带专用复合耐磨橡胶，所述无机增强型传动带专用复合耐磨橡胶包括如下重量份的组分：丁苯橡胶55份，顺丁橡胶24份，三元乙丙橡胶18份，填充补强剂白炭黑2份，硫磺5份，防老剂rd3份，软化剂芳烃油2份，硫化助剂tbbs2份；
上述传动带专用复合耐磨橡胶的制备方法，包括如下步骤：
将丁苯橡胶、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶按照上述重量份的配比共同加入双辊开炼机上，在双辊开炼机上塑炼，塑炼的温度为100℃，塑炼时间为16min，再按照上述重量份配比依次加入填充补强剂白炭黑、防老剂rd和软化剂芳烃油分别进行混炼，混炼的温度为45℃，混炼时间为12min，出料得到胶料，将胶料冷却至室温后放在双辊开炼机上，再按照上述重量份的配比加入硫磺和硫化助剂tbbs进行炼胶，炼胶的温度为75℃，炼胶时间为4min，薄通排料，下片，即得传动带专用复合耐磨橡胶。
相比于实施例4，对比例2未采用耐磨填料。
将实施例1～实施例4以及对比例1～对比例2制备得到的复合橡胶硫化处理后通过din橡胶耐磨性测试仪进行测试，砝码荷重：5n；磨耗砂布：60#；滚轮直径：150mm；滚轮长度：460mm；滚轮转速：40rpm，测试结果如表1所示：
表1
从表格1的数据中可以看出，实施例1～实施例4的拉伸强度和耐磨性能均明显强于对比例2，由此可见，在添加了耐磨填料后，拉伸强度和耐磨性能明显提升。对比例1中没有采用二硫化钼固定负载石墨烯，使得石墨烯的分散性受到一定的影响，其拉伸强度和耐磨性能也较弱。