[發(fā)明專利]一種高耐磨二硫化鉬/丁苯橡膠納米復(fù)合材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410377557.7
• 申請(qǐng)日: 2014-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN104194099A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉力;李寧;張樹柏;姜志國;齊士誠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L9/06
• 分類號(hào): C08L9/06;C08K13/02;C08K3/30;C08K3/22;C08K5/09;C08K5/548;C08K3/36;C08K3/04;C08K3/06;C08K5/01
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種高耐磨二硫化鉬/橡膠納米復(fù)合材料及其制備。特別涉及一種經(jīng)過超聲法剝離后的二硫化鉬懸浮液與橡膠乳液納米復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

本發(fā)明是制備高耐磨二硫化鉬/橡膠復(fù)合材料，用于輪胎、輸送帶、密封件及鞋底等材料中，這類材料在使用過程中必然會(huì)產(chǎn)生摩擦和磨損。

橡膠磨耗被認(rèn)為是一種破壞現(xiàn)象，但它與拉伸試驗(yàn)和撕裂試驗(yàn)的情況不同，是由反復(fù)向橡膠材料表面施加摩擦力引起的微小區(qū)域的破壞。耐磨性能是一個(gè)與橡膠制品使用壽命密切相關(guān)的力學(xué)性能。提高橡膠材料的耐磨性能在節(jié)約能源方面具有重要意義。

傳統(tǒng)的橡膠增強(qiáng)填料如炭黑，不但可以對(duì)橡膠制品起到補(bǔ)強(qiáng)的作用還可以大幅提高耐磨性能，但是炭黑本身會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。新的抗磨損材料主要是在橡膠中加入顆粒、晶須和纖維等增強(qiáng)填料來提高耐磨性能，但是晶須或者纖維材料的加入往往難以解決界面問題或者因粒子尺寸太大而嚴(yán)重影響材料或制品的應(yīng)用性能。

本發(fā)明提出使用超聲法剝離后的納米二硫化鉬(MoS₂)作為耐磨填料，與橡膠共混，來制備具有高耐磨性能的橡膠納米復(fù)合材料。

本發(fā)明所涉及的改善耐磨性能的機(jī)理是：經(jīng)過超聲法剝離的二硫化鉬，尺寸變小達(dá)到納米尺度，這就奠定了納米填料補(bǔ)強(qiáng)的基本要求，粒徑越小，與橡膠的自由體積相配越好，阻止微裂紋擴(kuò)展的能力也越高。二硫化鉬粒徑越小，比表面積越大，表面效應(yīng)越強(qiáng)，限制橡膠大分子運(yùn)動(dòng)的能力和承載效率也越高，因此可以改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。同時(shí)，由于二硫化鉬片層之間是較弱的范德華力(潤滑作用)，極易劈開吸收摩擦力，這樣橡膠與橡膠之間的直接摩擦就變成片層之間的間接摩擦，從而提高橡膠的耐磨性。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明提出以超聲法剝離的二硫化鉬作為耐磨填料，與橡膠復(fù)合，制備具有高耐磨性能丁苯橡膠納米復(fù)合物。

其組成和質(zhì)量為：

所用的丁苯橡膠為乳聚丁苯，牌號(hào)1502。

硅烷偶聯(lián)劑為雙(三乙氧基硅丙基)四硫化物(Si69)。軟化劑為芳烴油和直鏈烷烴油類。防老劑為對(duì)苯二胺衍生物類。交聯(lián)劑為硫磺。促進(jìn)劑為噻唑類促進(jìn)劑和次磺酰胺類促進(jìn)劑以及二苯胍類促進(jìn)劑。同時(shí)還加入一定重量份數(shù)的氧化鋅和硬脂酸。

其中用到了補(bǔ)強(qiáng)填料為白炭黑或炭黑。

制備過程如下：

a.二硫化鉬懸浮液和絮凝水的制備

(1)二硫化鉬懸浮液的制備

首先將質(zhì)量為2～10g的二硫化鉬加入到懸浮劑(N-甲基吡咯烷酮)中(懸浮劑N-甲基吡咯烷酮用量為1g/100ml)，經(jīng)過超聲剝離1小時(shí)制得二硫化鉬懸浮液備用。

(2)絮凝水的制備

在質(zhì)量為3000g的水中加入30g濃H₂SO₄溶液，攪拌混合均勻，制得絮凝水備用。

b.部分原料預(yù)混合

將質(zhì)量為100g(以干膠計(jì))的丁苯橡膠膠乳放入預(yù)混合攪拌釜中，再順序加入步驟a(1)中制備的二硫化鉬懸浮液，攪拌混合30分鐘備用。

c.絮凝

在絮凝釜中，加入步驟a(2)中制備的絮凝水，然后將步驟b預(yù)混合好的原料，攪拌直至絮凝完全，洗滌至中性，烘干制得丁苯橡膠母膠。

d.制備硫化膠

在開放式煉膠機(jī)上將烘干的丁苯橡膠母膠包于雙輥，加入氧化鋅3～5g，硬脂酸2g，防老劑2～3g，硅烷偶聯(lián)劑0～4g，此過程為常溫加工，在強(qiáng)剪切及橡膠高粘度雙重作用下，保證上述物質(zhì)高效分散，然后加入補(bǔ)強(qiáng)填料0～50g、軟化劑0～5g、促進(jìn)劑0.1～2g和交聯(lián)劑1.5～2.8g，而后薄通，最終獲得復(fù)合材料混煉膠。然后在一定溫度下硫化，獲得復(fù)合材料的硫化膠。這樣我們就制備出了高耐磨性能的二硫化鉬/橡膠納米復(fù)合材料。

1.進(jìn)一步，所述原料組分中的丁苯橡膠為乳聚丁苯，牌號(hào)為1502。

2.進(jìn)一步，所述原料組分中的補(bǔ)強(qiáng)填料為炭黑或白炭黑。

3.進(jìn)一步，所述原料組分中防老劑為對(duì)苯二胺衍生物類(N-異丙基-N＇-苯基對(duì)苯二胺)。

4.進(jìn)一步，所述原料組分中交聯(lián)劑為硫磺，促進(jìn)劑為噻唑類促進(jìn)劑、次磺酰胺類促進(jìn)劑或二苯胍類促進(jìn)劑(N-苯己基-2-苯駢噻唑次磺酰胺和2-硫醇基苯并噻唑，1,3-二苯胍)。

5.進(jìn)一步，所述原料組分中軟化劑為直鏈烷烴油類或芳烴油類，硅烷偶聯(lián)劑為雙(三乙氧基硅丙基)四硫化物(Si69)。

附圖說明：

圖1是未經(jīng)過超聲剝離的二硫化鉬粒子的掃描電鏡(SEM)照片。