一种工程机械用耐切割橡胶履带及其制备方法与流程

1.本发明涉及高分子材料领域，具体为一种工程机械用耐切割橡胶履带及其制备方法。


背景技术：

2.履带可以提高大型工程机械如挖掘机、收割机的通过性，但是金属履带噪声大对地面磨损严重，应用范围有限，橡胶履带可大大减缓金属履带对地面的冲击，避免对路面(特别是高等级公路)的破坏，同时减少了车辆行驶时的震动和噪音，提升了行驶速度，但是目前工程机械用橡胶履带耐切割、耐磨损性能较差，导致其在砂石、水泥路面行驶时易损坏，行驶寿命较短，替换费用较高。


技术实现要素：

3.发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种工程机械用耐切割橡胶履带及其制备方法。
4.所采用的技术方案如下：
5.一种工程机械用耐切割橡胶履带，包括胶料、芯金、帘线，所述胶料包括以下组成成分：
6.天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶、古马隆树脂、苯乙烯树脂、炭黑、白炭黑、核壳结构填料、抗撕裂剂、硬脂酸、山梨酸铈、硫磺、促进剂。
7.进一步地，以重量份数计，所述胶料包括以下组成成分：
8.天然橡胶60-100份、顺丁橡胶20-40份、溶聚丁苯橡胶10-20份、古马隆树脂4-6份、苯乙烯树脂2-4份、炭黑40-60份、白炭黑5-10份、核壳结构填料10-20份、抗撕裂剂5-10份、硬脂酸1-2份、山梨酸铈0.1-0.2份、硫磺3-5份、促进剂0.5-1份。
9.进一步地，所述溶聚丁苯橡胶为环氧化溶聚丁苯橡胶。
10.进一步地，所述环氧化溶聚丁苯橡胶的制备方法如下：
11.将溶聚丁苯橡胶用正己烷溶解后，再加入吐温80和甲酸，搅拌反应10-40min后，再滴加双氧水，滴毕后再搅拌反应150-200min，加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌洗涤，分液，油相用水洗涤后，再次分液并向油相中加入乙醇，静置10-15h后分离沉淀产物，干燥至质量恒定即可。
12.进一步地，所述核壳结构填料包括氧化锌壳体和重质碳酸钙核体。
13.进一步地，所述核壳结构填料的制备方法如下：
14.将醋酸锌乙醇溶液升温至55-65℃，边搅拌边滴加氢氧化钾乙醇溶液，滴毕后保温搅拌反应6-8h，得到氧化锌纳米溶胶，再将重质碳酸钙加入溶胶中，搅拌1-3h后分离，所得固体用乙醇洗涤后干燥即可。
15.进一步地，所述抗撕裂剂为邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须。
16.进一步地，所述邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须的制备方法如下：
17.将微晶纤维素与质量分数为60-65％的硫酸混合升温至45-50℃反应30-50min后所得产物离心，固体水洗至中性后烘干，得到纳米微晶纤维素晶须，再将纳米微晶纤维素晶须、邻苯二甲酸酐加入二氧六环中，搅拌均匀后，加入三乙胺，升温至60-70℃反应6-8h后离心，固体水洗至中性后干燥即可。
18.进一步地，所述促进剂包括噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂，两者质量比为1-5：1-5。
19.本发明还提供了一种工程机械用耐切割橡胶履带的制备方法：
20.将天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶加入密炼机中，温度50-60℃，转速为60-80r/min，混炼60-80s后加入古马隆树脂、苯乙烯树脂，继续混炼60-80s后，将炭黑、白炭黑、核壳结构填料、抗撕裂剂、硬脂酸预先混合均匀后再加入，继续混炼2-4min后排胶，停放4-8h送入开炼机上过辊3-5次，薄通3-5次，将山梨酸铈、硫磺、促进剂预先混合均匀后再加入，所得混合胶料与芯金、帘线于150-160℃、8-12mpa模压硫化30-50min即可。
21.本发明的有益效果：
22.本发明提供了一种工程机械用耐切割橡胶履带，其中天然橡胶具有较高的弹性和非常好的机械强度，滞后损失小，在多次变形时生热低，耐屈挠性也很好，顺丁橡胶耐寒性、耐磨性和弹性特别优异，动负荷下发热少，耐老化性好，溶聚丁苯橡胶具有耐磨、耐寒、生热低、回弹性高、收缩性低、及硫化速度快等优点，近年来逐渐成为重要的胎面材料，经环氧化后的溶聚丁苯橡胶极性提高，而炭黑、白炭黑等填料本身就是高极性，极性的提高使其可以作为过渡层改善填料颗粒在天然橡胶、顺丁橡胶中的分散情况，而且环氧基团在原理上可以和填料颗粒表面的羟基进行反应即化学结合，从而达到替代硅烷改性剂的效果，促进填料分散，核壳结构填料可充分发挥氧化锌活化作用和碳酸钙的热传导性，有效激活噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂，提高硫化反应时锌离子与促进剂和硬脂酸的结合，起到既延长胶料焦烧时间又缩短硫化时间的硫化活化作用，提高硫化效果，纳米微晶纤维素晶须作为补强的抗撕裂剂可以提升橡胶履带的抗撕裂、耐切割性能，经过邻苯二甲酸酯化改性后即提高了纳米微晶纤维素晶须的分散性能，又因为引入了刚性的芳香基团，硫化交联后形成的刚性网络强度更高，本发明所制备的胶料具有良好的力学性能，且耐磨性能，耐切割性能良好，用于制作橡胶履带，可以满足使用需求。
具体实施方式
23.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
24.实施例1：
25.一种工程机械用耐切割橡胶履带，包括胶料、芯金、帘线，所述胶料包括以下组成成分：
26.天然橡胶80份、顺丁橡胶20份、环氧化溶聚丁苯橡胶15份、古马隆树脂5份、苯乙烯树脂4份、炭黑50份、白炭黑10份、核壳结构填料20份、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须10份、硬脂酸1份、山梨酸铈0.1份、硫磺5份、促进剂dm 0.25份、促进剂otos 0.25份。
27.其中，环氧化溶聚丁苯橡胶的制备方法如下：
28.将100g溶聚丁苯橡胶用1l正己烷溶解后，再加入0.2g吐温80和6g甲酸，搅拌反应
20min后，再滴加15ml双氧水，滴毕后再搅拌反应200min，加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌洗涤，分液，油相用水洗涤后，再次分液并向油相中加入乙醇，静置15h后分离沉淀产物，干燥至质量恒定即可。
29.核壳结构填料的制备方法如下：
30.将0.01mol/l醋酸锌乙醇溶液750ml升温至60℃，边搅拌边滴加0.03mol/l氢氧化钾乙醇溶液390ml，滴毕后保温搅拌反应8h，得到氧化锌纳米溶胶，再将10g重质碳酸钙加入溶胶中，搅拌2h后分离，所得固体用乙醇洗涤后干燥即可。
31.邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须的制备方法如下：
32.将20g微晶纤维素与50ml质量分数为65％的硫酸混合升温至50℃反应40min后所得产物离心，固体水洗至中性后烘干，得到纳米微晶纤维素晶须，再将纳米微晶纤维素晶须、8g邻苯二甲酸酐加入200ml二氧六环中，搅拌均匀后，加入1.2g三乙胺，升温至70℃反应8h后离心，固体水洗至中性后干燥即可。
33.上述工程机械用耐切割橡胶履带的制备方法：
34.将天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶加入密炼机中，温度55℃，转速为80r/min，混炼80s后加入古马隆树脂、苯乙烯树脂，继续混炼65s后，将炭黑、白炭黑、核壳结构填料、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须、硬脂酸预先混合均匀后再加入，继续混炼4min后排胶，停放5h送入开炼机上过辊3次，薄通3次，将山梨酸铈、硫磺、促进剂dm、促进剂otos预先混合均匀后再加入，所得混合胶料与芯金、帘线于160℃、10mpa模压硫化50min即可。
35.实施例2：
36.一种工程机械用耐切割橡胶履带，包括胶料、芯金、帘线，所述胶料包括以下组成成分：
37.天然橡胶100份、顺丁橡胶40份、环氧化溶聚丁苯橡胶20份、古马隆树脂6份、苯乙烯树脂4份、炭黑60份、白炭黑10份、核壳结构填料20份、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须10份、硬脂酸2份、山梨酸铈0.2份、硫磺5份、促进剂dm 0.25份、促进剂otos 0.25份。
38.其中，环氧化溶聚丁苯橡胶的制备方法如下：
39.将100g溶聚丁苯橡胶用1l正己烷溶解后，再加入0.2g吐温80和6g甲酸，搅拌反应40min后，再滴加15ml双氧水，滴毕后再搅拌反应200min，加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌洗涤，分液，油相用水洗涤后，再次分液并向油相中加入乙醇，静置15h后分离沉淀产物，干燥至质量恒定即可。
40.核壳结构填料的制备方法如下：
41.将0.01mol/l醋酸锌乙醇溶液750ml升温至65℃，边搅拌边滴加0.03mol/l氢氧化钾乙醇溶液390ml，滴毕后保温搅拌反应8h，得到氧化锌纳米溶胶，再将10g重质碳酸钙加入溶胶中，搅拌3h后分离，所得固体用乙醇洗涤后干燥即可。
42.邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须的制备方法如下：
43.将20g微晶纤维素与50ml质量分数为65％的硫酸混合升温至50℃反应50min后所得产物离心，固体水洗至中性后烘干，得到纳米微晶纤维素晶须，再将纳米微晶纤维素晶须、8g邻苯二甲酸酐加入200ml二氧六环中，搅拌均匀后，加入1.2g三乙胺，升温至70℃反应8h后离心，固体水洗至中性后干燥即可。
44.上述工程机械用耐切割橡胶履带的制备方法：
45.将天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶加入密炼机中，温度60℃，转速为80r/min，混炼80s后加入古马隆树脂、苯乙烯树脂，继续混炼80s后，将炭黑、白炭黑、核壳结构填料、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须、硬脂酸预先混合均匀后再加入，继续混炼4min后排胶，停放8h送入开炼机上过辊5次，薄通5次，将山梨酸铈、硫磺、促进剂dm、促进剂otos预先混合均匀后再加入，所得混合胶料与芯金、帘线于160℃、12mpa模压硫化50min即可。
46.实施例3：
47.一种工程机械用耐切割橡胶履带，包括胶料、芯金、帘线，所述胶料包括以下组成成分：
48.天然橡胶60份、顺丁橡胶20份、环氧化溶聚丁苯橡胶10份、古马隆树脂4份、苯乙烯树脂2份、炭黑40份、白炭黑5份、核壳结构填料10份、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须5份、硬脂酸1份、山梨酸铈0.1份、硫磺3份、促进剂dm 0.25份、促进剂otos 0.25份。
49.其中，环氧化溶聚丁苯橡胶的制备方法如下：
50.将100g溶聚丁苯橡胶用1l正己烷溶解后，再加入0.2g吐温80和6g甲酸，搅拌反应10min后，再滴加15ml双氧水，滴毕后再搅拌反应150min，加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌洗涤，分液，油相用水洗涤后，再次分液并向油相中加入乙醇，静置10h后分离沉淀产物，干燥至质量恒定即可。
51.核壳结构填料的制备方法如下：
52.将0.01mol/l醋酸锌乙醇溶液750ml升温至55℃，边搅拌边滴加0.03mol/l氢氧化钾乙醇溶液390ml，滴毕后保温搅拌反应6h，得到氧化锌纳米溶胶，再将10g重质碳酸钙加入溶胶中，搅拌1h后分离，所得固体用乙醇洗涤后干燥即可。
53.邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须的制备方法如下：
54.将20g微晶纤维素与50ml质量分数为60％的硫酸混合升温至45℃反应30min后所得产物离心，固体水洗至中性后烘干，得到纳米微晶纤维素晶须，再将纳米微晶纤维素晶须、8g邻苯二甲酸酐加入200ml二氧六环中，搅拌均匀后，加入1.2g三乙胺，升温至60℃反应6h后离心，固体水洗至中性后干燥即可。
55.上述工程机械用耐切割橡胶履带的制备方法：
56.将天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶加入密炼机中，温度50℃，转速为60r/min，混炼60s后加入古马隆树脂、苯乙烯树脂，继续混炼60s后，将炭黑、白炭黑、核壳结构填料、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须、硬脂酸预先混合均匀后再加入，继续混炼2min后排胶，停放4h送入开炼机上过辊3次，薄通3次，将山梨酸铈、硫磺、促进剂dm、促进剂otos预先混合均匀后再加入，所得混合胶料与芯金、帘线于150℃、8mpa模压硫化30min即可。
57.实施例4：
58.一种工程机械用耐切割橡胶履带，包括胶料、芯金、帘线，所述胶料包括以下组成成分：
59.天然橡胶60份、顺丁橡胶40份、环氧化溶聚丁苯橡胶10份、古马隆树脂6份、苯乙烯树脂2份、炭黑60份、白炭黑5份、核壳结构填料20份、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须5份、硬脂酸2份、山梨酸铈0.1份、硫磺5份、促进剂dm 0.25份、促进剂otos 0.25份。
60.其中，环氧化溶聚丁苯橡胶的制备方法如下：
61.将100g溶聚丁苯橡胶用1l正己烷溶解后，再加入0.2g吐温80和6g甲酸，搅拌反应
10min后，再滴加15ml双氧水，滴毕后再搅拌反应200min，加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌洗涤，分液，油相用水洗涤后，再次分液并向油相中加入乙醇，静置10h后分离沉淀产物，干燥至质量恒定即可。
62.核壳结构填料的制备方法如下：
63.将0.01mol/l醋酸锌乙醇溶液750ml升温至65℃，边搅拌边滴加0.03mol/l氢氧化钾乙醇溶液390ml，滴毕后保温搅拌反应6h，得到氧化锌纳米溶胶，再将10g重质碳酸钙加入溶胶中，搅拌3h后分离，所得固体用乙醇洗涤后干燥即可。
64.邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须的制备方法如下：
65.将20g微晶纤维素与50ml质量分数为60％的硫酸混合升温至50℃反应30min后所得产物离心，固体水洗至中性后烘干，得到纳米微晶纤维素晶须，再将纳米微晶纤维素晶须、8g邻苯二甲酸酐加入200ml二氧六环中，搅拌均匀后，加入1.2g三乙胺，升温至70℃反应6h后离心，固体水洗至中性后干燥即可。
66.上述工程机械用耐切割橡胶履带的制备方法：
67.将天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶加入密炼机中，温度60℃，转速为60r/min，混炼80s后加入古马隆树脂、苯乙烯树脂，继续混炼60s后，将炭黑、白炭黑、核壳结构填料、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须、硬脂酸预先混合均匀后再加入，继续混炼4min后排胶，停放4h送入开炼机上过辊5次，薄通3次，将山梨酸铈、硫磺、促进剂dm、促进剂otos预先混合均匀后再加入，所得混合胶料与芯金、帘线于160℃、8mpa模压硫化50min即可。
68.实施例5：
69.一种工程机械用耐切割橡胶履带，包括胶料、芯金、帘线，所述胶料包括以下组成成分：
70.天然橡胶100份、顺丁橡胶20份、环氧化溶聚丁苯橡胶20份、古马隆树脂4份、苯乙烯树脂2份、炭黑60份、白炭黑10份、核壳结构填料10份、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须10份、硬脂酸1份、山梨酸铈0.2份、硫磺3份、促进剂dm 0.25份、促进剂otos 0.25份。
71.其中，环氧化溶聚丁苯橡胶的制备方法如下：
72.将100g溶聚丁苯橡胶用1l正己烷溶解后，再加入0.2g吐温80和6g甲酸，搅拌反应40min后，再滴加15ml双氧水，滴毕后再搅拌反应150min，加入饱和碳酸氢钠溶液搅拌洗涤，分液，油相用水洗涤后，再次分液并向油相中加入乙醇，静置15h后分离沉淀产物，干燥至质量恒定即可。
73.核壳结构填料的制备方法如下：
74.将0.01mol/l醋酸锌乙醇溶液750ml升温至55℃，边搅拌边滴加0.03mol/l氢氧化钾乙醇溶液390ml，滴毕后保温搅拌反应8h，得到氧化锌纳米溶胶，再将10g重质碳酸钙加入溶胶中，搅拌1h后分离，所得固体用乙醇洗涤后干燥即可。
75.邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须的制备方法如下：
76.将20g微晶纤维素与50ml质量分数为65％的硫酸混合升温至45℃反应50min后所得产物离心，固体水洗至中性后烘干，得到纳米微晶纤维素晶须，再将纳米微晶纤维素晶须、8g邻苯二甲酸酐加入200ml二氧六环中，搅拌均匀后，加入1.2g三乙胺，升温至60℃反应8h后离心，固体水洗至中性后干燥即可。
77.上述工程机械用耐切割橡胶履带的制备方法：
78.将天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶加入密炼机中，温度50℃，转速为80r/min，混炼60s后加入古马隆树脂、苯乙烯树脂，继续混炼80s后，将炭黑、白炭黑、核壳结构填料、邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须、硬脂酸预先混合均匀后再加入，继续混炼2min后排胶，停放8h送入开炼机上过辊3次，薄通5次，将山梨酸铈、硫磺、促进剂dm、促进剂otos预先混合均匀后再加入，所得混合胶料与芯金、帘线于150℃、12mpa模压硫化30min即可。
79.实施例6：
80.与实施例1基本相同，区别在于，用市售溶聚丁苯橡胶代替所制备的环氧化溶聚丁苯橡胶。
81.实施例7：
82.与实施例1基本相同，区别在于，不加入促进剂dm。
83.实施例8：
84.与实施例1基本相同，区别在于，不加入促进剂otos。
85.对比例1
86.对比例1与实施例1基本相同，区别在于，不加入环氧化溶聚丁苯橡胶。
87.对比例2
88.对比例2与实施例1基本相同，区别在于，不加入古马隆树脂。
89.对比例3
90.对比例3与实施例1基本相同，区别在于，不加入苯乙烯树脂。
91.对比例4
92.对比例4与实施例1基本相同，区别在于，用市售纳米氧化锌代替所制备的核壳结构填料。
93.对比例5
94.对比例5与实施例1基本相同，区别在于，不加入核壳结构填料。
95.对比例6
96.对比例6与实施例1基本相同，区别在于，不加入邻苯二甲酸酯化改性纳米微晶纤维素晶须。
97.物理性能测试：
98.对本发明实施例1-8及对比例1-6中所制备的胶料进行物理性能测试，各项物理性能均按相应的国家标准测试，测试结果如下表1所示：
99.表1：
[0100][0101]
由上表1可知，本发明所制备的胶料具有良好的力学性能，且耐磨性能，耐切割性能良好，用于制作橡胶履带，可以满足使用需求。
[0102]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。