一种高强度V型橡胶带及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种橡胶带领域，尤其涉及一种高强度V型橡胶带及其制备方法。
背景技术
V型橡胶带被广泛的应用到各个领域，如汽车、机械等，其变形较大、刚性较小，成为应用受到限制的重要因素。V型橡胶带使用的材料主要是以天然橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶，这三种材料为主体分别设计的配方，其硬度高，其中，氯丁橡胶的抗张强度高，耐热、耐光、耐老化性能、耐油性能均优于天然橡胶、丁基橡胶，具有较强的耐燃性和优异的抗延燃性，其化学稳定性高，耐水性较好，但还普遍存在抗开裂效果差的问题。如专利号为CN201710505306.6的一种用于制造包布三角带压缩层的橡胶组合物及其制备方法，采用天然橡胶、丁苯橡胶、杜仲橡胶、硫化活性剂、润滑剂、防老剂、炭黑、白炭黑、陶土、碳酸钙、增塑剂、增粘剂、促进剂和硫化剂制成，提高其耐屈挠疲劳特性和耐热性，降低其动态生热，进而提高其疲劳寿命，但是其使用原料中并未针对性的选择，在抗开裂效果上并不能发挥原料优点；又如专利号为CN201610636246.7的高硬度橡胶及其制备方法和应用，采用丁苯橡胶、丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭黑、软化剂、油膏、流动剂、促进剂制成，得到的高硬度橡胶有效的提高了产品的整体性能，耐油性能、耐磨性能和耐老化性均较好，可靠性更高，使用寿命更长，但是其制作中并没有根据原料分子特性进行处理导致橡胶的性能降低。所以，根据橡胶特性针对性的制作V型橡胶带并提高其性能极有必要。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供了一种高强度V型橡胶带及其制备方法，以促进原材料间的相容，提高橡胶带的性能参数，具体技术方案如下：
一种高强度V型橡胶带，由以下质量份的各组分制备而成：聚氨酯橡胶50-80份、丁腈橡胶10-20份、氟橡胶15-25份、丙烯酸酯橡胶30-50份、异戊橡胶10-20份、润滑剂2-5份、分散剂1-3份、强化剂30-50份、苯乙烯-丙烯腈共聚物10-15份、改性碳纳米管0.8-1.5份；所述改性碳纳米管由质量比为100-110:0.5:3的羧基碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺制备而成。
进一步的，所述润滑剂为聚乙烯蜡。
进一步的，所述分散剂为微晶石蜡。
进一步的，所述强化剂由质量比为0.5-1:0.8-1:1-1.2的纳米二氧化硅、纳米硫酸钙、纳米硫酸钡混合而成；
本发明所述的高强度V型橡胶带，制备方法如下：
(1)按照质量配比称取各组分，将碳纳米管放入真空反应器中，调节真空度为3-5Pa，充入惰性气体保护，使得反应器压强为25-35Pa，将碳纳米管加热到温度150-180℃保温20-30min，然后降低温度至45-55℃，充入氧气与臭氧，使得反应器中压强达到1.5-2个标准大气压，反应5-7h，每隔50-70min用微波处理15-20min；得到羧基碳纳米管；所述微波功率为200-300W；
(2)将上一步得到的碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺混合均匀，加热至80-90℃，保温15-25min，然后将温度升高至115-125℃，用超声波处理20-30min，反应15-18h，用乙醇冲洗过滤，得到改性碳纳米管；
(3)将聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、异戊橡胶加压混炼，得到混合物A；
(4)苯乙烯-丙烯腈共聚物加热融化，加入改性碳纳米管混合均匀，得到混合物B；
(5)将混合物B加到混合物A中，混炼，再加入润滑剂、分散剂、强化剂等组分混炼后倒入模具压制成型即可。
进一步的，步骤(1)中，所述所述氧气和臭氧的质量比为23-25:1。
本发明的有益效果：
本发明通过使用氟橡胶，赋予橡胶带优异的耐热性、抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性和耐大气老化性，在保持橡胶带优良的弹性的同时，提高其高温使用性能，使得橡胶带在高温下长时间使用时，耐空气热老化后，其扯断伸长率、硬度等参数都能保持在极好的水准，显著提高橡胶带的扯断伸长率、抗撕裂强度，并且其透气性弱，防止橡胶带在局部撕裂时外部氧化成分的渗入，减缓橡胶带使用中的老化。
本发明利用苯乙烯-丙烯腈共聚物与改性碳纳米管相容性更好的特点，先用通过苯乙烯-丙烯腈共聚物溶解改性碳纳米管，再与其他组分混合，利于碳纳米管的分散，促进碳纳米管与其他原料的凝结，提高橡胶带的尺寸稳定性和较高的承载能力，使得制备出来的橡胶带化学稳定性好，能耐水、耐油、耐酸、耐碱、耐醇类，提高橡胶带在各种使用条件下的性能参数，增加橡胶带的使用范围。
本发明通过使用纳米二氧化硅、纳米硫酸钙、纳米硫酸钡制成的强化剂，利用硅、钙、钡的不同原子尺度和活性，使得纳米二氧化硅、纳米硫酸钙、纳米硫酸钡在聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、异戊橡胶、苯乙烯-丙烯腈共聚物的高分子网络中均匀分散、凝结紧实，和促进改性碳纳米对材料的强化，提高橡胶带的抗老化、强度和耐化学性能，使得橡胶带可以适应多种使用环境。
本发明通过在真空下预热碳纳米管，促进碳纳米管空隙间的杂质气体的释放，提高碳纳米管的接触面积，再通过引入氧气和臭氧的混合气体，促进碳纳米管表面的改性，促进碳纳米管和氧气、臭氧的接触，在高温和微波辅助下，使得碳纳米管表面形成大量羧基；然后利用二环己基碳二亚胺的缩合，促进碳纳米管表面的羧基和木质素胺反应，使得碳纳米管表面形成木质素胺的接枝，显著促进碳纳米管和树脂、橡胶体系的相容性，通过增加碳纤维表面的活性羟基基团，促进橡胶带大分子网络的构建，显著增强橡胶带的性能，提高橡胶带的耐磨性和柔韧性。
采用本发明制作的V型橡胶带，其拉伸强度高于17.31Mpa，扯断伸长率超过330.18％，100℃、22h的压缩永久变形低于22.46％，耐曲挠疲劳次数(六级裂口)超过23835，性能优良，适用性好。
具体实施方式
实施例1
一种高强度V型橡胶带，由以下质量份的各组分制备而成：聚氨酯橡胶50份、丁腈橡胶10份、氟橡胶15份、丙烯酸酯橡胶30份、异戊橡胶10份、润滑剂2份、分散剂1份、强化剂30份、苯乙烯-丙烯腈共聚物10份、改性碳纳米管0.8份；所述改性碳纳米管由质量比为100:0.5:3的羧基碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺制备而成；所述润滑剂为聚乙烯蜡；所述分散剂为微晶石蜡；所述强化剂由质量比为0.5:0.8:1的纳米二氧化硅、纳米硫酸钙、纳米硫酸钡混合而成；
本实施例所述的高强度V型橡胶带，制备方法如下：
(1)按照质量配比称取各组分，将碳纳米管放入真空反应器中，调节真空度为3Pa，充入惰性气体保护，使得反应器压强为25Pa，将碳纳米管加热到温度150℃保温20min，然后降低温度至45℃，充入氧气与臭氧，使得反应器中压强达到1.5个标准大气压，反应5h，每隔50min用微波处理150min；得到羧基碳纳米管；所述氧气和臭氧的质量比为23:1；所述微波功率为200W；
(2)将上一步得到的碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺混合均匀，加热至80℃，保温15min，然后将温度升高至115℃，用超声波处理20min，反应15h，用乙醇冲洗过滤，得到改性碳纳米管；
(3)将聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、异戊橡胶加压混炼，得到混合物A；
(4)苯乙烯-丙烯腈共聚物加热融化，加入改性碳纳米管混合均匀，得到混合物B；
(5)将混合物B加到混合物A中，混炼，再加入润滑剂、分散剂、强化剂等组分混炼后倒入模具压制成型即可。
实施例2
一种高强度V型橡胶带，由以下质量份的各组分制备而成：聚氨酯橡胶80份、丁腈橡胶20份、氟橡胶25份、丙烯酸酯橡胶50份、异戊橡胶20份、润滑剂5份、分散剂3份、强化剂50份、苯乙烯-丙烯腈共聚物15份、改性碳纳米管1.5份；所述改性碳纳米管由质量比为110:0.5:3的羧基碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺制备而成；所述润滑剂为聚乙烯蜡；所述分散剂为微晶石蜡；所述强化剂由质量比为1:1:1.2的纳米二氧化硅、纳米硫酸钙、纳米硫酸钡混合而成；
本实施例所述的高强度V型橡胶带，制备方法如下：
(1)按照质量配比称取各组分，将碳纳米管放入真空反应器中，调节真空度为5Pa，充入惰性气体保护，使得反应器压强为35Pa，将碳纳米管加热到温度180℃保温30min，然后降低温度至55℃，充入氧气与臭氧，使得反应器中压强达到2个标准大气压，反应7h，每隔70min用微波处理20min；得到羧基碳纳米管；所述氧气和臭氧的质量比为25:1；所述微波功率为300W；
(2)将上一步得到的碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺混合均匀，加热至90℃，保温25min，然后将温度升高至125℃，用超声波处理30min，反应18h，用乙醇冲洗过滤，得到改性碳纳米管；所述改性的碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺的质量比为100:0.5:3；
(3)将聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、异戊橡胶加压混炼，得到混合物A；
(4)苯乙烯-丙烯腈共聚物加热融化，加入改性碳纳米管混合均匀，得到混合物B；
(5)将混合物B加到混合物A中，混炼，再加入润滑剂、分散剂、强化剂等组分混炼后倒入模具压制成型即可。
实施例3
一种高强度V型橡胶带，由以下质量份的各组分制备而成：聚氨酯橡胶70份、丁腈橡胶17份、氟橡胶19份、丙烯酸酯橡胶50份、异戊橡胶10份、润滑剂5份、分散剂1份、强化剂50份、苯乙烯-丙烯腈共聚物10份、改性碳纳米管1.5份；所述改性碳纳米管由质量比为105:0.5:3的羧基碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺制备而成；所述润滑剂为聚乙烯蜡；所述分散剂为微晶石蜡；所述强化剂由质量比为1:0.9:1.1的纳米二氧化硅、纳米硫酸钙、纳米硫酸钡混合而成；
本实施例所述的高强度V型橡胶带，制备方法如下：
(1)按照质量配比称取各组分，将碳纳米管放入真空反应器中，调节真空度为5Pa，充入惰性气体保护，使得反应器压强为25Pa，将碳纳米管加热到温度180℃保温20min，然后降低温度至55℃，充入氧气与臭氧，使得反应器中压强达到1.5个标准大气压，反应7h，每隔50min用微波处理20min；得到羧基碳纳米管；所述氧气和臭氧的质量比为24:1；所述微波功率为200W；
(2)将上一步得到的碳纳米管和二环己基碳二亚胺、木质素胺混合均匀，加热至90℃，保温15min，然后将温度升高至125℃，用超声波处理20min，反应18h，用乙醇冲洗过滤，得到改性碳纳米管；(3)将聚氨酯橡胶、丁腈橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、异戊橡胶加压混炼，得到混合物A；
(4)苯乙烯-丙烯腈共聚物加热融化，加入改性碳纳米管混合均匀，得到混合物B；
(5)将混合物B加到混合物A中，混炼，再加入润滑剂、分散剂、强化剂等组分混炼后倒入模具压制成型即可。
为验证本发明方案的合理性，设置以下对比例:
试验例
按照实施例1-3和对比例1-9制作橡胶带，检测其性能如下：
由表可以看出，使用本发明方法的实施例1-3，其性能显著优于对照组1-9，并且在对照组6使用未改性的碳纳米管，性能优于对照组1-5，改性碳纳米管参数微调的对照组7、8，性能优于其他各个对照组。
