[发明专利]一种高硬度低压缩永久变形橡胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于橡胶领域，尤其涉及一种高硬度低压缩永久变形橡胶材料及其制备方法。

背景技术

橡胶具有高弹性、低模量、低玻璃化转变温度、高耐磨、密度小可大量填充等特点而广泛应用于国民经济各个领域。橡胶胶料经过不同加工方法可以制造出各种类型制品。胶料借助热压机和模具可硫化成型为各种模压制品，如密封圈、皮碗、减震垫等；通过挤出机可挤出不同口径的胶管和型材。

橡胶挤出是使胶料通过挤出机机筒壁和螺杆间的作用，连续地制成各种不同形状半成品的工艺过程。挤出工艺操作简单、经济，具有连续、高效的特点，制成的型材或板材等半成品质地均匀、致密，容易变换尺寸规格，生产能力大，是橡胶加工生产中一个重要生产方法，广泛地用于制造胎面、内胎、胶管以及各种断面形状复杂或空心、实心的半成品。挤出过程中，胶料硬度越高，防挤出变形能力越强。使用过程中，为了在一定的压缩率下有足够的强度产生足够的接触压力并保持尺寸稳定性，橡胶材料要有足够高的硬度。

压缩永久变形是橡胶材料在一定温度下受压缩应力的作用发生形变，一定时间后撤除应力，不能恢复原状而剩余的变形。压缩永久变形值的大小是衡量橡胶材料密封性能和减震性能好坏及使用寿命长短的重要指标。压缩永久变形越小，材料的密封性能和减震性能越好，能够长时间保持密封性能和减震性能的可靠性。

但是，橡胶材料的压缩永久变形往往随着硬度的增加而增加。橡胶材料高硬度与低压缩永久变形性能之间存在着一定的矛盾。

现有技术中获得高硬度低压缩永久变形橡胶材料的方法主要包括以下三种：

(1)调控配方，如选择双键含量较高的橡胶基体、选择合适硫化剂及填料种类，并合理控制各组分配比。但该方法中体系获得较高硬度的同时，压缩永久变形仍然较大。

(2)合理组装配合两个密封元件，第一个密封元件提供弹性，使体系拥有低压缩永久变形，第二个密封元件模量高，作为支撑件，为体系提供硬度。但该方法中的多个元件构造使得产品制造成本及组装成本提高。

(3)将模压制品置于加有硫化剂的溶液中进行二次硫化，使得制品表面硬度增加，改善挤出变形及耐摩擦性能，而制品内部硬度不变，体系拥有低的压缩永久变形。但该方法工艺复杂，涉及硫化剂溶液处理，制品干燥等程序。

综上所述，现有获得高硬度低压缩永久变形橡胶材料的方法效果不够理想，成本较高，不能连续化生产，有必要进行方法改进，以获得效果显著、可连续化生产、成本较低的高硬度低压缩永久变形橡胶材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度低压缩永久变形橡胶材料及其制备方法，综合考虑加工工艺及性能要求来调控配方，同时进行结构设计，以获得既具有高硬度又拥有低压缩永久变形性能的橡胶材料，其层数和层厚可控，效果显著，可连续化生产，成本较低。

本专利通过以下技术原理实现橡胶材料高硬度低压缩永久变形性能：(1)橡胶软、硬层都经过配方调控，合理配比各组分，软层具有低的压缩永久变形，硬层具有高的硬度。两者的连续交替多层结构使得材料既具有高硬度又具有低压缩永久变形性能。(2)综合考虑加工工艺及性能要求，进一步调控配方，同时合理控制挤出温度和速度，既要保证橡胶的流动性，又要避免橡胶硫化，减小挤出膨胀，降低挤出后制品的尺寸收缩率，改善制品质量。(3)软、硬层使用同类橡胶基体确保层界面粘结强度，使得材料性能稳定。

具体讲，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是，本发明的高硬度低压缩永久变形橡胶材料由以下橡胶软层混炼胶和橡胶硬层混炼胶经熔融塑化、n次层状叠合而形成2⁽ⁿ⁺¹⁾层软硬交替多层结构未硫化胶，再经过硫化获得高硬度低压缩永久变形橡胶材料：(1)所述橡胶材料为三元乙丙橡胶材料。

(2)所述橡胶软层混炼胶与橡胶硬层混炼胶可以使用同类橡胶基体确保层界面粘结强度，并可通过调控填料、硫化剂、防老剂、活化剂和加工助剂等的配比来实现高硬度与低压缩永久变形性能。

(3)所述层界面是层与层之间成分有所变化、构成彼此结合的、能起载荷传递作用的区域。层界面粘接强度关系整个层状体系的力学性能。层界面粘接强度高，有利于应力传递，提高多层材料的承载能力，防止受力过程中层间滑移及分层现象。

(4)所述橡胶软层混炼胶选用二烯烃为ENB型且含量较高、乙烯含量为50％～60％的三元乙丙橡胶为基体，填充低补强性炭黑，选用过氧化物硫化体系并加入防老剂、活化剂、加工助剂，合理配比各组分。