一种高强度混炼橡胶及其制备工艺的制作方法

本技术涉及橡胶领域，尤其涉及一种高强度混炼橡胶及其制备工艺。

背景技术：

1、橡胶混炼是一种将生胶与各种配合剂混合以改善其物理性能的过程。混炼可以提高橡胶产品的机械强度、耐老化性、耐磨性等特性，并使其满足特定的应用需求。

2、随着橡胶工业的进步，混炼技术也经历了显著的发展。传统的开放式炼胶机（开炼机）和密闭式炼胶机（密炼机）仍然是主流设备。近年来，为了提高效率和产品质量，出现了连续混炼技术和计算机控制混炼系统。连续混炼技术通过自动化流程实现了更稳定的混炼质量，而计算机控制系统则能够精确控制温度、压力和其他关键参数，从而减少人为误差。

3、随着混炼技术的进一步自动化，随之而来的是混炼橡胶的与新材料技术的应用。新型配合剂被不断开发出来，例如纳米级填料、高性能防老剂等，这些新型配合剂有助于改善橡胶制品的综合性能，例如增强其耐热性和耐化学性，且通过优化配合剂的比例和顺序，可以进一步提升混炼效果。

4、但同时，现有技术同样存在着局限性，例如，为了赋予混炼橡胶以其它属性性能，不断牺牲其力学性能，导致整体应用强度明显下降，且对于混炼橡胶的成品来说，很难做到多种性能的均衡，例如，现有的混炼橡胶对于橡胶的力学性能、防水性能、耐老化性能等无法有效兼顾，这极大地限制了混炼橡胶的整体应用情况。

5、因此，为了解决上述问题，本技术提供了一种高强度混炼橡胶及其制备工艺，本技术制得的混炼橡胶能够在保持高力学强度的同时，保证混炼橡胶其自身具有优异的防水、耐老化和耐酸碱性能，同时兼顾多种性能需求，大幅提高了混炼橡胶的应用质量，拓宽了混炼橡胶的应用领域和环境。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术第一方面提供了一种高强度混炼橡胶，以质量份计，原料为：基体橡胶80~120份，改性纳米填料25~45份，改性树脂20~30份，分散剂5~10份，结构控制剂2~4份，硫化剂1~2份，促进剂0.5~1.5份，抗氧化剂1~2份，增塑剂4~10份。

2、作为一种优选的方案，所述基体橡胶，改性纳米填料和分散剂的质量比为（9~11）：（2.8~4）：（0.6~0.8）。

3、作为一种优选的方案，所述基体橡胶，改性纳米填料和分散剂的质量比为（9.5~10.5）：（3~3.6）：（0.7~0.8）。

4、作为一种优选的方案，所述基体橡胶，改性树脂和增塑剂的质量比为（9~11）：（2.2~2.8）：（0.5~0.8）。

5、作为一种优选的方案，所述基体橡胶，改性树脂和增塑剂的质量比为（9.5~10.5）：（2.4~2.6）：（0.6~0.7）。

6、作为一种优选的方案，所述基体橡胶为甲基乙烯基硅橡胶和丁腈橡胶的组合物。

7、作为一种优选的方案，所述甲基乙烯基硅橡胶和丁腈橡胶的质量比为（3~4）：（1.5~2）。

8、作为一种优选的方案，所述甲基乙烯基硅橡胶和丁腈橡胶的质量比为3.8：1.8。

9、作为一种优选的方案，所述甲基乙烯基硅橡胶的乙烯基含量为3~4.5%。

10、作为一种优选的方案，所述甲基乙烯基硅橡胶的乙烯基含量为3.5~4%。

11、作为一种优选的方案，所述甲基乙烯基硅橡胶的重均分子量为50~70万。

12、作为一种优选的方案，所述甲基乙烯基硅橡胶的重均分子量为55~65万。

13、作为一种优选的方案，所述改性纳米填料的制备工艺包括以下步骤：s1：将二氧化硅加入去离子水搅拌均匀，加入丁二酸酐和γ-氨丙基三乙氧基硅烷加热至65~70℃保温搅拌反应2~3h，得到预处理二氧化硅；s2：将预处理二氧化硅和醋酸铜混合加入至dmf溶液当中搅拌均匀，之后将含有氧化锌和均苯三甲酸的dmf溶液滴加加入，滴加温度为50~55℃，滴加时间为1~1.5h，期间伴随100~140r/min转速持续搅拌；s3：滴加完成后，温度升高至70~75℃下200~240r/min转速持续搅拌反应3~4h，完成后将产物溶液离心过滤、真空干燥后即得。

14、作为一种优选的方案，所述二氧化硅，丁二酸酐和γ-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为（2.5~2.8）：（1.5~1.6）：（0.3~0.35）。

15、作为一种优选的方案，所述二氧化硅的平均粒径为25~30nm。

16、作为一种优选的方案，所述二氧化硅，氧化锌，醋酸铜和均苯三甲酸的质量比为（2.5~2.8）：（0.5~0.8）：（3~4）：（2~2.5）。

17、作为一种优选的方案，所述氧化锌的平均粒径为10~15nm。

18、本技术中通过加入上述改性纳米填料，能够在保持优异的混炼橡胶的力学强度的同时，提高其防水、耐老化和耐酸碱性能。首先，本技术中通过上述加入的改性纳米填料能够通过其表面基团的连接作用与橡胶分子进行活性连接，通过其之间的分子间作用力大幅增强橡胶体系的连接强度，进而提高力学强度；其次，还能有效帮助硫化过程中控制橡胶连接体系的网络结构，实现更加均匀的硫化效果，避免硫化不一致问题；最后，改性纳米填料形成的以纳米粒子为表层附着，框架粒子为主骨架的复合结构，能够通过框架结构的极低表面能大幅降低橡胶体系的亲水性，并且能够在体系内部吸收残留的微量水分，降低表面水合层的形成速度，从而有效实现防水性、力学性、耐老化性和耐酸碱性的提升。

19、作为一种优选的方案，所述改性树脂的制备工艺包括以下步骤：s1：将丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸异冰片酯和二苯甲酮加入到反应容器中氮气下波长300~380nm辐照反应1~2h，反应结束后沉淀过滤，得到预聚体；s2：将预聚体与丙烯酰胺，丙二酸和羟甲基双酚a二缩水甘油醚混合均匀加入至丙酮溶剂中，之后加入过氧化苯甲酰，并升温至70~80℃密闭搅拌反应5~7h，得到预产物；s3：将预产物与丁二酸酐和硅烷偶联剂在去离子水中混合，保持温度65~70℃反应2.5~3h，完成后产物过滤洗涤，真空烘干至含水量≤1wt%，即得。

20、作为一种优选的方案，所述丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸异冰片酯，丙烯酰胺，丙二酸和羟甲基双酚a二缩水甘油醚的质量比为（4~6）：（1~2）：（30~35）：（3~5）：（1.5~2）。

21、作为一种优选的方案，所述丙烯酸2-乙基己酯，丙烯酸异冰片酯，丙烯酰胺，丙二酸和羟甲基双酚a二缩水甘油醚的质量比为（5~5.5）：（1.4~1.6）：（32~35）：（3~4）：（1.6~1.8）。

22、作为一种优选的方案，所述预产物，丁二酸酐和硅烷偶联剂的质量比为（2.2~2.5）：（1.2~1.5）：（0.2~0.25）。

23、作为一种优选的方案，所述硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

24、本技术中加入的改性树脂能够有效提高混炼橡胶体系的力学性、防水性、耐老化性和耐酸碱性等性能。加入的改性树脂能够通过其携带的多活性基团与橡胶体系产生良好的交联作用，大幅增加橡胶体系内部网络结构的紧密程度，从而大幅限制了成型后的橡胶体系中的游离基团、游离水分子和活性分子的迁移效率，降低其之间的碰撞概率，并且能够加速改性纳米填料在橡胶体系中的分散延展作用，进而大幅降低了外部分子的侵入概率，进而在长期的使用过程中，增加水分子和活性分子对于橡胶渗透的阻力，从而获得优异的全面性能。

25、作为一种优选的方案，所述分散剂为月桂醇聚氧乙烯醚、鲸蜡硬醇聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基甜菜碱、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。

26、作为一种优选的方案，所述分散剂为十二烷基二甲基甜菜碱。

27、作为一种优选的方案，所述结构控制剂为石蜡油、环烷油、植物油、聚乙烯蜡中的至少一种。

28、作为一种优选的方案，所述结构控制剂为石蜡油。

29、作为一种优选的方案，所述硫化剂为dtdm、dptu、dcp和硫磺粉中的至少一种。

30、作为一种优选的方案，所述硫化剂为dtdm。

31、作为一种优选的方案，所述促进剂为mbt、mbts、cbs、tbbs、tmtd、zbec、zdec、zdbc中的至少一种。

32、作为一种优选的方案，所述促进剂为mbt和tmtd的组合物。

33、作为一种优选的方案，所述mbt和tmtd的质量比为（2.5~2.8）：（1~1.2）。

34、作为一种优选的方案，所述抗氧化剂为二丁基二硫代氨基甲酸锌、2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、2-巯基苯并咪唑中的至少一种。

35、作为一种优选的方案，所述抗氧化剂为二丁基二硫代氨基甲酸锌。

36、作为一种优选的方案，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二壬酯、三苯基磷酸酯、dotp中的至少一种。

37、作为一种优选的方案，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和三苯基磷酸酯的组合物。

38、作为一种优选的方案，所述邻苯二甲酸二辛酯和三苯基磷酸酯的质量比为（3~4）：（0.5~1）。

39、本技术第二方面提供了一种上述高强度混炼橡胶的制备工艺，具体包括以下步骤：s1：将基体橡胶加入至混炼机中，升温至90~100℃，塑炼10~15min；s2：塑炼完成后加入改性纳米填料和分散剂的混合料，升温至110~120℃，混炼10~15min；s3：将结构控制剂和改性树脂加入，升温至140~150℃，混炼5~10min；s4：继续加入硫化剂，促进剂，抗氧化剂和增塑剂，并降温至110~120℃，混炼5~10min；s5：完成后降至20~30℃得混炼料，之后将混炼料切割造粒，加入至硫化机升温至160~180℃，硫化15~25min，将产物取出成型，即得。

40、本技术具有的有益效果：

41、1、本技术中提供的一种高强度混炼橡胶，其能够在保持高力学强度的同时，保证混炼橡胶其自身具有优异的防水、耐老化和耐酸碱性能，同时兼顾多种性能需求，大幅提高了混炼橡胶的应用质量，拓宽了混炼橡胶的应用领域和环境。

42、2、本技术中提供的一种高强度混炼橡胶，通过加入上述改性纳米填料，能够在保持优异的混炼橡胶的力学强度的同时，提高其防水、耐老化和耐酸碱性能；本技术中通过上述加入的改性纳米填料能够通过其表面基团的连接作用与橡胶分子进行活性连接，通过其之间的分子间作用力大幅增强橡胶体系的连接强度，进而提高力学强度；且改性纳米填料形成的以纳米粒子为表层附着，框架粒子为主骨架的复合结构，能够通过框架结构的极低表面能大幅降低橡胶体系的亲水性，并且能够在体系内部吸收残留的微量水分，降低表面水合层的形成速度，从而有效实现防水性、力学性、耐老化性和耐酸碱性的提升。

43、3、本技术中提供的一种高强度混炼橡胶，其加入的改性树脂能够有效提高混炼橡胶体系的力学性、防水性、耐老化性和耐酸碱性等性能；加入的改性树脂能够通过其携带的多活性基团与橡胶体系产生良好的交联作用，大幅增加橡胶体系内部网络结构的紧密程度，从而大幅限制了成型后的橡胶体系中的游离基团、游离水分子和活性分子的迁移效率，降低其之间的碰撞概率，并且能够加速改性纳米填料在橡胶体系中的分散延展作用，进而大幅降低了外部分子的侵入概率，进而在长期的使用过程中，增加水分子和活性分子对于橡胶渗透的阻力，从而获得优异的全面性能。