耐高温耐磨的橡胶、橡胶制备方法及同步带

技术领域

本涉及同步带，尤其是涉及耐高温耐磨的橡胶、橡胶制备方法及同步带。

背景技术

带齿同步带广泛用于各大传动领域，现有以橡胶为主要成分制作的带齿同步带，以橡胶、填料、硫化剂进行混炼、开炼、硫化得到，其具备良好的耐油耐老化性能。

但橡胶的带齿同步带质地较为柔软，且不易散热，易随工作温度升高而软化。当同步带长期工况为高速移动时，同步带的温度升温快，橡胶的带齿软化后与带轮易出现打滑的可能、并且带齿软化后磨损加剧。

故而本申请人预研究一种耐高温耐磨的橡胶材料，以此进行制备一种耐高温工况、耐磨的同步带。

发明内容

为提供减少橡胶同步带在高速作业工况下橡胶的软化合磨损，提供了一种耐高温耐磨的橡胶和其制备方法，以此橡胶制备而成的橡胶同步带，具备良好的耐高温耐磨性能，在高速传动升温下以及具备稳定、长效的作业性能。

本发明的第一个发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种耐高温耐磨的橡胶，包括以下质量份数的原料：

天然橡胶81～99份，

丁苯橡胶13.5～17.6份，

顺丁橡胶11.7～15.3份，

炭黑46.5～57.2份，

硫磺2～2.6份，

促进剂3.8～4.9份，

聚四氟乙烯粉末8.6～11份，

聚甲基硅氧烷9.2～12.2份，

二氧化锆粉末16.2～19.8份。

通过采用上述技术方案，本申请中加入耐高温、耐磨的二氧化锆改良橡胶的耐高温性能以及耐磨性，

同时本申请还加入有聚四氟乙烯粉末以及聚甲基硅氧烷，聚四氟乙烯粉末熔点高，提高橡胶的耐高温性，另外聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷之间界面处的强电负性差异，主要是介于聚四氟乙烯中的氟原子和PDMS中的氢原子之间的强电负性差异，诱导产生强烈的可重整的偶极-偶极子相互作用，这些作用力提供了两种材料之间的结合力；

聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷混入橡胶，一方面可增强了橡胶内部结实强度，另一方面以聚甲基硅氧烷对二氧化锆的浸润性，由聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷的混合物对二氧化锆粉末进行黏连，提高二氧化锆粉末在橡胶中的相容性以及实现二氧化锆粉末在橡胶中的稳定分散、不掉粉；

最终通过聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷实现二氧化锆粉末在橡胶中的稳定分散，以二氧化锆粉末和聚四氟乙烯粉末提高橡胶的耐高温性；以聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷的混合物提升橡胶内结合力、二氧化锆粉末自身耐磨性，提升了橡胶的耐磨性，由此使得所得的橡胶成品具备良好的耐高温性和耐磨性。

可选的：原料还包括相变材料，所述相变材料包括石蜡3.8～4.8份。

通过采用上述技术方案，本申请的橡胶中还混入有适量的相变材料，在不影响橡胶成品的强度、韧性、耐磨性能的情况下，相变材料通过相变吸收橡胶成品使用过程中吸收或产生的热量，继而减缓橡胶成品温度提升，实现橡胶成品的耐高温以及高温下耐磨性能的提升。

可选的：所述石蜡为初熔点在40～45℃的软蜡。

通过采用上述技术方案，初熔点为40～45℃的石蜡在融化后粘度较低，更易混合于橡胶或其他用料中，有利于石蜡混合均匀以发挥减缓温度提升的功效。

可选的：所述相变材料还包括多孔氧化物粉末10.8～13.7份，所述多孔氧化物粉末中氧化铝含量不小于60wt％，所述变相材料由熔融的石蜡与多孔氧化物粉末混合后制成粉粒得到。

通过采用上述技术方案，相变材料由多孔氧化物粉末与熔融的石蜡混合得到，熔融的石蜡被多孔氧化物粉末吸收，并填入多孔氧化物粉末的孔洞以及表面缺陷中，石蜡随多孔氧化物粉末在橡胶中的混合、分散而分散，使石蜡的混入更为简单且分散更为均匀；

同时多孔氧化物粉末的存在对石蜡保护和限制，多孔氧化物粉末在橡胶成品受到外力保护石蜡，避免石蜡破碎形成空腔；多孔氧化物粉末利于石蜡熔融后对其的浸润以及表面张力，其限制石蜡吸收热量熔融后的流动，减少石蜡高温下发生迁移析出的可能，保持橡胶成品外观完整和性能稳定。

可选的：所述多孔氧化物粉末含氧化锌四针状晶须，含量为30～40wt％。

通过采用技术方案，氧化锌四针状晶须的三维结构使多孔氧化物粉末颗粒具备更多可供石蜡填入的孔洞和表面缺陷，由此有利于减小相变材料的粒径，便于相变材料在橡胶中的混入以及相变材料在橡胶中的分散均匀。

可选的：所述多孔氧化物粉末制备方法如下，

将沉淀法制备的氢氧化铝凝胶投入水中搅拌分散，再投入氧化锌晶须，搅拌混合，混合均匀后带沉降倾到去上层液体，由底部沉淀物得到混合料，

将混合料在100℃下干燥，得到一次料，

将一次料振荡击碎、真空灼烧分解氢氧化铝、筛分得到多孔氧化物粉末。

通过采用上述技术方案，由此制备的多孔氧化物粉末由氢氧化铝与氧化锌晶须混合后灼烧、击碎得到，所得的多孔氧化物粉末结构较加水打湿拌揉形成的粉末颗粒而言，结构更强对橡胶具有增强作用，孔洞更为细密对石蜡吸收和限制效果更好。

本发明的第二个发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

上述橡胶的制备方法，包括以下步骤：

S1:将天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶混炼均匀得到，初混料；

S2：将初混料与炭黑、二氧化锆粉末继续混炼，得到中混料；

S3：将其他原料逐步加入中混料中继续混炼，混炼均匀得到混炼料；

S4：对混炼料进行开炼，得到开炼料；

S5：将开炼料进行硫化得到耐高温耐磨的橡胶。

通过采用上述技术方案，将天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、炭黑、二氧化锆先进行混合，先实现橡胶基料和大占比的固态物料混合均匀，减少其他物料对前者混合均匀的影响，后续物料亦逐个分别加入，以此实现混合均匀的最大程度，得到的橡胶成品性能亦达到改良的最优效果。

本发明的第三个发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种耐高温耐磨的同步带，包括带齿和带条，所述带齿和带条由权利要求上述橡胶制得，或，所述带齿和带条由上述橡胶作为部分原料制得。

通过采用上述技术方案，同步带均良好的耐高温性能和耐磨性，为高速工况提供稳定、精准的传输作业。

综上所述，本申请至少具备以下有益效果：

1.本申请在橡胶中通过聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷实现二氧化锆粉末在橡胶中的稳定分散，以二氧化锆粉末和聚四氟乙烯粉末提高橡胶的耐高温性；以聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷的混合物提升橡胶内结合力、二氧化锆粉末自身耐磨性，提升了橡胶的耐磨性，由此使得所得的橡胶成品具备良好的耐高温性和耐磨性；

2.本申请还在橡胶中加入分散均匀、不易迁出的相变材料，吸收橡胶成品使用过程中吸收或产生的热量，继而减缓橡胶成品温度提升，实现橡胶成品的耐高温以及高温下耐磨性能的提升；

3.本申请的橡胶制备过程中将天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、炭黑、二氧化锆先进行混合，先实现橡胶基料和大占比的固态物料混合均匀，减少其他物料对前者混合均匀的影响，后续物料亦逐个分别加入，以此实现混合均匀的最大程度，得到的橡胶成品性能亦达到改良的最优效果。

4.以本申请橡胶制备或以本申请橡胶作为部分原料制备的同步带，具备良好的耐高温性能和耐磨性，为高速工况提供稳定、精准的传输作业。、

附图说明：

图1为同步带的结构示意图。

附图标记：1、带条；2、带齿。

具体实施方式

本申请自研发过程中节选方案作为以下实施例。

原料：

以下为本申请中原料的参数。

多孔氧化物粉末：制备方法和原料见制备例，筛分粒径选用，粒径为20～40微米；

氧化性四针状晶须粒径为5-10微米；

石蜡为市售产品，含两种，一种为初熔点在40～45℃内的软蜡，另一中为初熔点在60～65℃的硬蜡；

天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、炭黑、二氧化锆粉末、硫磺为市售产品，二氧化锆粉末粒径为50～60微米；

促进剂为市售橡胶硫化促进剂M和市售橡胶硫化促进剂CZ按质量比1：1.21混合复配而成；聚四氟乙烯粉末粒径为50～80微米，由POLYFLON F-104U粉碎加工得到；

聚甲基硅氧烷为市售产品，分子量为2000～4000。

制备例1

相变材料，其由多孔氧化物粉末和石蜡制备得到。

其中多孔氧化物粉末中含氧化铝64wt％、氧化锌36wt％。

多孔氧化物粉末的制备过程如下：

将沉淀法制备的氢氧化铝凝胶加入水中进行搅拌，搅拌的同时加入干燥的氧化锌四针状晶须，搅拌时间为1h，搅拌转速为100r/min；氢氧化铝凝胶经过取样测量含水量，计算得到氢氧化铝的实际质量，氢氧化铝与氧化锌投入质量比为49:18；

搅拌后待固态物自行沉淀，再倾倒去除上层液体，得到底部沉淀物为混合料；

将混合料在100℃下干燥，得到一次料，

将一次料振荡击碎、真空灼烧分解氢氧化铝、筛分得到多孔氧化物粉末。

石蜡为初熔点为40～45℃的软蜡。

相变材料的制备过程如下：

将石蜡水浴加入至60℃，带其完全融化后加入多孔氧化物粉末，持续搅拌，带多孔氧化物粉末吸满石蜡或石蜡完全被吸收后，降温至50℃，持续搅拌至物料成砂状，再保持搅拌降温至30℃，保温1h后停止搅拌，并降温至室温。

其中石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为3.87:10.8。

制备例2

相变材料，其由多孔氧化物粉末和石蜡制备得到。

其中多孔氧化物粉末为氧化铝。

相变材料的制备过程如下：

将石蜡水浴加入至60℃，带其完全融化后加入多孔氧化物粉末，持续搅拌，带多孔氧化物粉末吸满石蜡或石蜡完全被吸收后，降温至50℃，持续搅拌至物料成砂状，再保持搅拌降温至30℃，保温1h后停止搅拌，并降温至室温。

其中石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.3:12。

制备例3

相变材料，其由多孔氧化物粉末和石蜡制备得到。

其中多孔氧化物粉末为氧化锌。

相变材料的制备过程如下：

将石蜡水浴加入至60℃，带其完全融化后加入多孔氧化物粉末，持续搅拌，带多孔氧化物粉末吸满石蜡或石蜡完全被吸收后，降温至50℃，持续搅拌至物料成砂状，再保持搅拌降温至30℃，保温1h后停止搅拌，并降温至室温。

其中石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.3:12。

制备例4

相变材料，与制备例2相似，区别之处在于石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.01:12。

制备例5

相变材料，与制备例2相似，区别之处在于石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.12:12。

制备例6

相变材料，与制备例2相似，区别之处在于石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.43:12。

制备例7

相变材料，与制备例2相似，区别之处在于石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.56:12。

制备例8

相变材料，与制备例2相似，区别之处在于石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.3:10.7。

制备例9

相变材料，与制备例2相似，区别之处在于石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.3:11.4。

制备例10

相变材料，与制备例2相似，区别之处在于石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.3:12.8。

制备例11

相变材料，与制备例2相似，区别之处在于石蜡与多孔氧化物粉末用量质量比为4.3:13.6。

实施例1

一种耐高温耐磨的橡胶，其由以下质量份的原料制得：

天然橡胶81份、丁苯橡胶13.5份、顺丁橡胶11.7份、炭黑46.8份、二氧化锆粉末16.2、硫磺2.07份、促进剂3.96份、聚四氟乙烯粉末8.64份、聚甲基硅氧烷9.18份、相变材料14.67份。

相变材料为制备例1制备的相变材料。

耐高温耐磨的橡胶的制备方法如下：

S1:将天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶按用量加入混炼机中混炼，混炼均匀后得到初混料；

S2：将初混料与炭黑、二氧化锆粉末继续混炼，得到中混料；

S3：将其他原料逐步加入中混料中继续混炼，混炼均匀得到混炼料；

S4：对混炼料进行开炼，得到开炼料；

S5：将开炼料进行硫化得到耐高温耐磨的橡胶。

实施例2～3

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例1相似，区别之处在于原料用量不同。

实施例1～3的原料用量参数表如下所示。

表1.实施例1～3的原料用量参数表

对比例1

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例1区别之处在于聚四氟乙烯粉末用量为0。

对比例2

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2区别之处在于聚四氟乙烯粉末用量为0。

对比例3

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例3区别之处在于聚四氟乙烯粉末用量为0。

对比例4

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例1区别之处在于聚甲基硅氧烷用量为0。

对比例5

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2区别之处在于聚甲基硅氧烷用量为0。

对比例6

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例3区别之处在于聚甲基硅氧烷用量为0。

实施例4

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2区别之处在于相变材料用量为0。

实施例5

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以4.3质量份的初熔点为40～45℃的石蜡替代16.3质量份的相变材料。

实施例6

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以4.3质量份的初熔点为60～65℃的石蜡替代16.3质量份的相变材料。

实施例7

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以12质量份制备例1的多孔氧化物粉末替代16.3质量份的相变材料。

实施例8

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例2的相变材料等质量份替代制备例1的相变材料。

实施例9

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例3的相变材料等质量份替代制备例1的相变材料。

实施例10

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例4的相变材料等质量份替代制备例3的相变材料。

实施例11

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例5的相变材料等质量份替代制备例3的相变材料。

实施例12

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例6的相变材料等质量份替代制备例3的相变材料。

实施例13

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例7的相变材料等质量份替代制备例3的相变材料。

实施例14

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例8的相变材料等质量份替代制备例3的相变材料。

实施例15

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例9的相变材料等质量份替代制备例3的相变材料。

实施例16

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例10的相变材料等质量份替代制备例3的相变材料。

实施例17

一种耐高温耐磨的橡胶，其与实施例2，区别之处在于以制备例11的相变材料等质量份替代制备例3的相变材料。

实施例18～34

橡胶同步带，由实施例1～17的橡胶材料制得。

如附图1所示，同步带呈长条状，首尾可通过工件或胶黏剂连接形成带圈。

同步带包括带条1。

带条1的一侧沿长度方向均匀间隔分布有带齿2，带齿2的形状可根据实际需求而定。此处带齿2呈长条状，带齿2的长度方向与带条1的长度方向相垂直，带齿2垂直长度方向的剖切面为等腰梯形，等腰梯形的长底与带条1的侧面贴合。

其他方案中还可在带条1与设有带齿2一侧相背的另一侧上粘附/硫化有布带或其他材料制成的带状物，以进一步提高同步带的抗拉伸断裂性能。

为更好的准确检测得到本申请橡胶材料对于同步带性能的改良，实施例18～34以及下文中对比例7～12的同步带未附加有布带或其他材料制成的带状物，在实际生产中可添加且添加后的同步带亦为本申请期望保护的方案。

对比例7～12

橡胶同步带，由对比例1～6的橡胶材料制得。

实施例18～34、对比例7～12的橡胶材料来源如下表所示。

表2.实施例18～34、对比例7～12的橡胶材料来源表

对实施例1～17、对比例1～7的橡胶材料进行检测，检测结果如下表所示。

由上表对比实施例1～3和对比例1～6，其中实施例1～3中同时加入了聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷，对比例1～3中加入聚甲基硅氧烷但未加入聚四氟乙烯粉末，对比文件4～6中加入聚四氟乙烯粉末但未加入聚甲基硅氧烷。由其测试结果可知，实施例1的拉伸强度、25℃/50℃邵A硬度、25℃/50℃磨耗量均显著优于对比例1、对比例4，同样的实施例2的拉伸强度、25℃/50℃邵A硬度、25℃/50℃磨耗量均显著优于对比例2、对比例5，实施例3的拉伸强度、25℃/50℃邵A硬度、25℃/50℃磨耗量均显著优于对比例3、对比例6，其是通过聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷实现二氧化锆粉末在橡胶中的稳定分散，以二氧化锆粉末和聚四氟乙烯粉末提高橡胶的耐高温性；以聚四氟乙烯粉末和聚甲基硅氧烷的混合物提升橡胶内结合力、二氧化锆粉末自身耐磨性，提升了橡胶的耐磨性，由此使得所得的橡胶成品具备良好的耐高温性和耐磨性。

对比实施例4～6，实施例4中未加入相变材料，实施例5中单一的以初熔点为40～45℃的软蜡为相变材料，实施例6中单一的以初熔点为60～65℃的石蜡为相变材料，三者测试结果可知，实施例5～6的拉伸强度、25℃邵A硬度稍弱于实施例4，但实施例5～6在50℃邵A硬度、25℃/50℃磨耗量均显著优于实施例4，其是由于相变材料通过相变吸收橡胶成品使用过程中吸收或产生的热量，继而减缓橡胶成品温度提升，实现橡胶成品的耐高温以及高温下耐磨性能的提升。

对比实施例2和实施例5，实施例2的相变材料不同于实施例5单一的石蜡，其由熔融的石蜡与多孔氧化物粉末混合后制成粉粒，实施例2的拉伸强度、25℃邵A硬度优于实施例5，且实施例2的50℃邵A硬度、25℃/50℃磨耗量在实施例5的基础上得到了进一步的提升。

再结合实施例7，实施例7未加入石蜡而单一加入多孔氧化物粉末，其50℃邵A硬度、25℃/50℃磨耗量未达到显著提升，可验证得知：

由熔融的石蜡与多孔氧化物粉末混合后制成粉粒得到的相变材料，因熔融的石蜡被多孔氧化物粉末吸收，并填入多孔氧化物粉末的孔洞以及表面缺陷中，故使多孔氧化物粉末的存在对石蜡保护和限制，石蜡随多孔氧化物粉末在橡胶中的混合、分散而分散，使石蜡的混入更为简单且分散更为均匀，且减少石蜡高温下发生迁移析出的可能，保持橡胶成品外观完整和性能稳定。

对比实施例2和实施例8～9，三者相变材料中的多孔氧化物粉末不同，其中以实施例2所使用的多孔氧化物粉末——由氢氧化铝凝胶与四针型氧化锌晶须在水相中混合、干燥、灼烧、破碎得到的氧化铝/氧化锌混合粉末效果最佳。

结合实施例10～17可知，相变材料中石蜡与多孔氧化物粉末的用量关系对于橡胶的耐高温耐磨性能存在影响，其中如实施例13与实施例10～12出现的差异性，实施例13在25℃环境下其拉伸强度、邵A硬度与实施例10～12相近，且由于石蜡量较多可更高更多的吸收热量，故在25℃下磨耗量还小于实施例10～12。

但在50℃下时实施例13的邵A硬度、磨耗量较实施例10～12差，其是由于石蜡用量达到当前多孔氧化物粉末用量所能协同约束的阈值，在增加时石蜡自身的融化后对橡胶硬度、磨损量带来的负面影响将进一步增大。

同样的实施例的14较实施例15～17亦相同原理导致的差异性，故而本申请石蜡的用量、多孔氧化物粉末用量应进行控制，本申请中多孔氧化物粉末10.8～13.7质量份、石蜡3.8～4.8质量份对于橡胶材料的效果提升情况总体较优。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。