本發(fā)明涉及制備工業(yè)膠輥用橡膠材料，具體公開了一種高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、膠輥是以金屬或其他材料為芯材，外覆橡膠經(jīng)硫化而制成的輥狀制品，主要應(yīng)用于造紙工業(yè)、印染行業(yè)、紡織行業(yè)、印刷行業(yè)、冶金工業(yè)、包裝機(jī)械以及塑料加工等領(lǐng)域。其中，膠輥的外覆橡膠直接決定了膠輥的性能和應(yīng)用場(chǎng)景，且隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)于橡膠材料的要求也越來越高。

2、膠輥在工業(yè)生產(chǎn)中常接觸各類酸性介質(zhì)，如冶金行業(yè)酸洗機(jī)組中的硝酸-氫氟酸混合液（濃度可達(dá)20%）、印刷行業(yè)的酸性潤(rùn)版液（ph值3.5-5.5）等。若膠輥不耐酸會(huì)導(dǎo)致表面腐蝕產(chǎn)生砂眼、凹坑，不僅影響產(chǎn)品傳輸質(zhì)量，更會(huì)因金屬輥芯暴露引發(fā)設(shè)備故障。

3、由于氯磺化聚乙烯彈性體的耐酸性和耐磨性優(yōu)良，因此，現(xiàn)有常用的耐酸膠輥包覆橡膠材料多為氯磺化聚乙烯彈性體。但是，氯磺化聚乙烯彈性體的制備過程中會(huì)產(chǎn)生四氯化碳污染或鉛污染，不利于環(huán)境保護(hù)。并且，氯磺化聚乙烯彈性體的門尼粘度較高且拉伸強(qiáng)度較低，在制備膠輥時(shí)容易出現(xiàn)難以擠出或纏繞不均勻的情況，影響膠輥的使用壽命。

4、基于此，研發(fā)一種耐酸性能優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度高且門尼粘度低的橡膠材料對(duì)于工業(yè)膠輥用橡膠材料的發(fā)展具有重要的實(shí)用意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)膠輥用橡膠材料存在耐酸性差、門尼粘度高且拉伸強(qiáng)度低的問題，本發(fā)明提供了一種高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料及其制備方法和應(yīng)用。所述高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料的原料組分包括第一橡膠基體、第二橡膠基體、無機(jī)填料、抗氧化劑、促進(jìn)劑、助交聯(lián)劑、硫化劑和硫化助劑；其中，所述第一橡膠基體包括四丙氟橡膠、氟橡膠、納米二氧化鈦和聚氨酯；所述第二橡膠基體包括三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和納米硼纖維；所述無機(jī)填料包括炭黑和納米硫酸鋇。本發(fā)明提供的復(fù)合橡膠材料具有較高的拉伸強(qiáng)度、優(yōu)異的耐酸性能以及較低的門尼粘度，有效彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足。

2、為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

3、本發(fā)明第一方面提供了一種高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料，所述高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料包括如下質(zhì)量份數(shù)的原料組分：第一橡膠基體40-50份、第二橡膠基體30-45份、無機(jī)填料5-10份、抗氧化劑1-5份、促進(jìn)劑1-5份、助交聯(lián)劑1-5份、硫化劑1-5份和硫化助劑1-3份；

4、其中，所述第一橡膠基體包括四丙氟橡膠、氟橡膠、納米二氧化鈦和聚氨酯；

5、所述第二橡膠基體包括三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和納米硼纖維；

6、所述無機(jī)填料包括炭黑和納米硫酸鋇。

7、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料包括兩種橡膠基體；其中，第一橡膠基體包括四丙氟橡膠、氟橡膠、納米二氧化鈦和聚氨酯，四丙氟橡膠的分子結(jié)構(gòu)中含有氟原子和丙基等基團(tuán)，這些基團(tuán)的存在使得四丙氟橡膠分子具有較高的化學(xué)穩(wěn)定性；且由于氟原子的強(qiáng)電負(fù)性和丙基的空間位阻效應(yīng)，二者共同作用大大降低了酸性物質(zhì)與橡膠分子的反應(yīng)幾率，從而提高了橡膠材料的耐酸性能。氟橡膠分子結(jié)構(gòu)中存在大量的c-f鍵，較高的鍵能使c-f鍵非常穩(wěn)定，從而保證了氟橡膠具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，使其不易被酸性物質(zhì)腐蝕。納米二氧化鈦具有小尺寸效應(yīng)和高比表面積的特點(diǎn)，當(dāng)其均勻分散在橡膠基體中時(shí)，能夠與橡膠分子產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，形成有效的物理交聯(lián)點(diǎn)，這些交聯(lián)點(diǎn)可以均勻地傳遞應(yīng)力，阻止橡膠裂紋的擴(kuò)展，從而顯著提高橡膠材料的拉伸強(qiáng)度。同時(shí)，納米二氧化鈦可以填充橡膠分子之間的空隙，形成致密的結(jié)構(gòu)，阻止化學(xué)物質(zhì)的侵入，從而提高橡膠材料的耐化學(xué)腐蝕性。聚氨酯的加入可以有效改善橡膠材料的流動(dòng)性，降低橡膠的門尼粘度，使之在混煉成型等加工過程中更容易流動(dòng)和操作，不僅提高了加工效率，還能減少能耗。

8、乙烯-丙烯酸酯橡膠是由乙烯和丙烯酸酯單體共聚而成的彈性體，其分子結(jié)構(gòu)中丙烯酸酯基團(tuán)屬于極性基團(tuán)，極性基團(tuán)可以與酸性介質(zhì)中的離子產(chǎn)生相互作用，如形成氫鍵或發(fā)生離子偶極作用，這種相互作用可以在橡膠材料表面形成一種類似保護(hù)膜的結(jié)構(gòu)，阻止酸性物質(zhì)進(jìn)一步滲透到橡膠內(nèi)部，從而減少酸性物質(zhì)與橡膠分子的直接接觸，降低了橡膠被酸腐蝕的可能性。納米硼纖維具有較高的強(qiáng)度和模量，可以有效地承擔(dān)外部施加的應(yīng)力，并將應(yīng)力傳遞到纖維上，從而減少橡膠分子鏈的直接受力，避免其過早斷裂，這使得橡膠材料在拉伸過程中能夠承受更大的拉力，顯著提高橡膠材料的拉伸強(qiáng)度。

9、炭黑可以改善橡膠的加工性能，它能夠降低橡膠的黏度，提高橡膠的流動(dòng)性，使得橡膠在加工過程中更容易與其他配合劑混合均勻，并且能夠更順暢地通過模具，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。納米硫酸鋇具有較小的粒徑和較大的比表面積，它可以與橡膠分子形成較強(qiáng)的界面結(jié)合力，起到增強(qiáng)和增韌的作用，提高橡膠的力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。

10、本發(fā)明以第一橡膠基體、第二橡膠基體和無機(jī)填料為主要原料，輔以抗氧化劑、促進(jìn)劑、助交聯(lián)劑、硫化劑和硫化助劑，制備了一種流動(dòng)性好、拉伸強(qiáng)度高且具有優(yōu)異耐酸腐蝕性能的復(fù)合橡膠材料，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)膠輥所用的橡膠材料存在耐酸性差、門尼粘度高且拉伸強(qiáng)度低的問題，為工業(yè)膠輥用橡膠材料提供了新的設(shè)計(jì)思路。

11、優(yōu)選的，所述第一橡膠基體包括如下質(zhì)量百分含量的原料組分：35%-50%的四丙氟橡膠、10%-15%的氟橡膠、10%-15%的納米二氧化鈦和余量的聚氨酯。

12、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述納米二氧化鈦的粒徑為50-100nm。

13、優(yōu)選的，所述第二橡膠基體中三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和納米硼纖維的質(zhì)量比為1:1:0.3-1:1:0.5。

14、優(yōu)選的，所述無機(jī)填料為質(zhì)量比1:0.2-1:0.4的炭黑和納米硫酸鋇。

15、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述納米硼纖維的長(zhǎng)度為80-120nm，彈性模量為200-400gpa。

16、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述炭黑的粒徑為10-20μm。

17、進(jìn)一步優(yōu)選的，所述納米硫酸鋇的粒徑為50-100nm。

18、優(yōu)選的，所述抗氧化劑為n-苯基-β-萘胺、n,n'-二苯基對(duì)苯二胺、n-異丙基-n'-苯基對(duì)苯二胺或n-（1,3-二甲基丁基）-n'-苯基對(duì)苯二胺中的任意一種或兩種。

19、橡膠材料在使用過程中會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，產(chǎn)生大量的自由基，這些自由基會(huì)引發(fā)橡膠分子鏈的斷裂和交聯(lián)反應(yīng)，從而導(dǎo)致橡膠性能變差，抗氧化劑可以將其捕獲并轉(zhuǎn)化為相對(duì)穩(wěn)定的物質(zhì)，從而中斷自由基鏈反應(yīng)的進(jìn)行，有效延緩了橡膠材料的老化進(jìn)程。

20、優(yōu)選的，所述促進(jìn)劑為2-巰基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、二硫化四甲基秋蘭姆或二硫化四乙基秋蘭姆中的任意一種或多種。

21、促進(jìn)劑的加入有助于形成更加均勻、致密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，減少?gòu)?fù)合橡膠材料內(nèi)部的空隙和缺陷，使橡膠材料可以有效阻擋酸性分子的侵入，進(jìn)而提高橡膠材料的耐酸性能。并且，促進(jìn)劑還可以輔助改善橡膠的拉伸性能和化學(xué)穩(wěn)定性，保證橡膠材料的質(zhì)量均勻性。

22、優(yōu)選的，所述助交聯(lián)劑為間亞苯基雙馬來酰亞胺。

23、在橡膠硫化過程中，助交聯(lián)劑可以與橡膠分子鏈上的活性位點(diǎn)發(fā)生反應(yīng)，形成更多的交聯(lián)點(diǎn)，使橡膠材料的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)更加致密。并且，助交聯(lián)劑還可以使填料更容易在橡膠中均勻分散，避免因填料團(tuán)聚而導(dǎo)致的材料性能下降。

24、優(yōu)選的，所述硫化劑為硫磺。

25、優(yōu)選的，所述硫化助劑為硬脂酸。

26、本發(fā)明第二方面提供了所述的高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料的制備方法，包括如下步驟：

27、步驟一、按照設(shè)計(jì)配比稱取四丙氟橡膠、氟橡膠、納米二氧化鈦和聚氨酯，先將四丙氟橡膠和氟橡膠混合均勻，進(jìn)行一次密煉，得混合膠料；向所述混合膠料中加入納米二氧化鈦和聚氨酯，二次密煉，排膠，得第一橡膠基體；

28、步驟二、按照設(shè)計(jì)配比稱取三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和納米硼纖維，先將三元乙丙橡膠和乙烯-丙烯酸酯橡膠混合均勻，進(jìn)行一次密煉，再加入所述納米硼纖維進(jìn)行二次密煉，排膠，得第二橡膠基體；

29、步驟三、按照設(shè)計(jì)配比稱取第一橡膠基體、第二橡膠基體、無機(jī)填料、抗氧化劑、促進(jìn)劑、助交聯(lián)劑、硫化劑和硫化助劑；將所述第一橡膠基體、第二橡膠基體和無機(jī)填料混合均勻，進(jìn)行捏煉，得混合橡膠料；向所述混合橡膠料中加入除促進(jìn)劑和助交聯(lián)劑之外的剩余組分，進(jìn)行密煉，當(dāng)膠料溫度降至60-70℃時(shí)，加入促進(jìn)劑和助交聯(lián)劑，混煉均勻，排膠，得高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料。

30、優(yōu)選的，步驟一中，所述一次密煉的溫度為120-140℃，一次密煉的時(shí)間為3-5min。

31、優(yōu)選的，步驟一中，所述二次密煉的溫度為125-135℃，二次密煉的時(shí)間為2-4min。

32、優(yōu)選的，步驟一中，所述排膠的溫度為110-115℃。

33、優(yōu)選的，步驟二中，所述一次密煉的溫度為130-150℃；一次密煉的時(shí)間為4-6min。

34、優(yōu)選的，步驟二中，所述二次密煉的溫度為135-140℃，二次密煉的時(shí)間為3-4min。

35、優(yōu)選的，步驟二中，所述排膠的溫度為105-110℃。

36、優(yōu)選的，步驟三中，所述捏煉的溫度為140-150℃，捏煉的時(shí)間為2-4min。

37、優(yōu)選的，步驟三中，所述密煉的溫度為135-145℃，密煉的時(shí)間為1-3min。

38、優(yōu)選的，步驟三中，所述混煉的溫度為120-130℃，混煉的時(shí)間為1-3min。

39、優(yōu)選的，步驟三中，所述排膠的溫度為100-110℃。

40、本發(fā)明第三方面提供了所述高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料或利用所述的高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料的制備方法制備得到的高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料在制備工業(yè)膠輥中的應(yīng)用。

41、綜上所述，本發(fā)明提供的高強(qiáng)耐酸復(fù)合橡膠材料具有較高的拉伸強(qiáng)度、優(yōu)異的耐酸性能以及較低的門尼粘度。利用本發(fā)明提供的技術(shù)方案有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)膠輥用橡膠材料存在的拉伸強(qiáng)度低、耐酸性差且門尼粘度高的問題，為工業(yè)膠輥用橡膠材料的發(fā)展開拓了新的設(shè)計(jì)思路。