[发明专利]硫化胶粉原位增韧硬质橡胶材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及环境材料领域，属于硫化胶粉综合利用范畴，具体的是 一种利用硫化胶粉原位增韧硬质橡胶制备材料的方法。

背景技术

硬质橡胶作为特种橡胶制品的一种，具有强度高，室温负载下较稳 定，卓越的电绝缘性，耐化学品性，优异的热传导性和耐空气老化性等 特点，广泛应用于防腐衬里等耐化学品材料，以及绝缘材料中，在工业 中有重要的作用。

但由于硬质橡胶相变的特殊性，其性能较一般橡胶也有所不同。室 温下断裂机理为脆性断裂，断裂前首先发生可逆的弹性形变，应力应变 曲线基本呈线性变化，符合胡克定律，之后应变增大，材料发生脆性断 裂。这就导致硬质橡胶的冲击性能比较差，尤其是缺口冲击强度非常低， 较小的力就能引发裂纹的扩展，造成材料的破坏。硬质橡胶的脆性限制 了其广泛的应用。

无论是由好橡胶还是再生胶制备的硬质橡胶材料，材料内部交联网 络密度基本相等，材料在有裂纹存在的情况下，裂纹在扩展过程中不会 受到有效的阻碍，材料表现出较差的抗冲击性能。

利用废胶粉制备硬质橡胶材料，国内外有过少量报道，如特种橡胶 制品，2007，28(3)报道了方亮等利用废胶粉制备了热固性塑料，并对 其结构和性能做了研究。但其制备的材料仍属于普通硬质橡胶的范畴。

本发明采用原位增韧的思想，即利用硫化胶粉表面降解后内部残留 的“弹性核”，对硬质橡胶起到增韧的作用。“弹性核”的存在，在受力 作用下会发生弹性形变，阻碍裂纹的扩展，宏观变现为材料的韧性增大， 抗冲击性能提高。同时，由于解交联部位的硫磺含量比较高，而弹性核 内部的硫磺含量比较低，在硫化胶粉从外到内的方向上存在着硫磺的梯 度，也就是存在交联密度的梯度。而且界面的硫磺分布过渡越平缓，界 面的模量过渡就越平缓，应力传递效果更好，应力集中现象可以得到大 幅度的减弱。

同时，本发明利用硫化胶粉原位增韧硬质橡胶制备材料，原材料可 以全部是硫化胶粉，这也解决了目前废胶粉消耗量低的问题，对资源的 循环利用起到重要的作用。

发明内容

本发明利用硫化胶粉原位增韧的思想，很好的解决了硬质橡胶脆性 大的问题。同时，提供了一种简便易行的利用废胶粉的方法，拓宽了废 胶粉的应用途径。利用硫化胶粉原位增韧硬质橡胶制备的材料，具有强 度高、模量大、冲击性能较好、价格低廉等特点，可以广泛应用于建筑 材料和其他民用橡胶制品中。

本发明是一种硫化胶粉原位增韧硬质橡胶材料的制备方法。其特征 在于：在大组分硫磺配合的硬质橡胶胶料中，配合一部分的硫化胶粉， 在硫化过程中硫化胶粉与硬质橡胶组分共硫化形成微观硫磺改性梯度结 构，并保留芯部的高强弹性硫化橡胶成分，硫化胶粉起到原位增韧的效 果。

硬质橡胶胶料的基材可以是天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈 橡胶及其上述橡胶的共混及改性产品和再生产品与再生活化胶粉。

硫化胶粉可以为常温粉碎法或冷冻粉碎法得到的普通胶粉，细度从 20目-200目；也可为喷雾干燥的预硫化胶粉，细度为5μm-50nm。

硫化胶粉的配合比例为橡胶组分质量的5％-90％。

大组分硫磺配合的硬质橡胶胶料，包含的硫磺与橡胶组分的比例为： 100∶5～100∶60。

保留芯部的高强弹性硫化橡胶成分，其玻璃化转变温度低于室温， 比例为3％-55％。

制备的硬质橡胶材料，使用废弃后，经粉碎、磨细，可添加到硬质 橡胶胶料中，添加比例为小于70％。

硫化胶粉表面降解后，胶粉表层的交联网络被打开，成为可以自由 运动的分子链，而胶粉中间部位则保留着交联网络，是弹性的核。弹性 核的存在，会吸收应力，阻碍裂纹的扩展，起到原位增韧硬质橡胶的作 用。同时，交联网络的存在，会阻碍硫磺的扩散，在再次交联的过程中， 解交联部位和橡胶基体的硫磺含量比较高，而弹性核内部的硫磺含量比 较低，在胶粉从外到内的方向上存在着硫磺的梯度，胶粉与胶粉界面上 也形成硫磺梯度分布，也就是会形成交联密度的梯度。而且，界面的硫 磺分布过渡越平缓，界面的模量过渡就越平缓，应力传递效果更好，应 力集中现象可以得到大幅度的减弱，材料也就不易产生裂纹。

本发明主要基于硫磺对已经存在的橡胶交联网络进一步进行改性， 同时对橡胶分子链也进行改性，从而可以融合较大颗粒的橡胶粉成为一 个整体材料。