定向排列短纖維復合橡膠鞋底防滑材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種定向排列短纖維復合橡膠鞋底防滑材料及其制備方法。該材料由以生膠、補強劑和助劑為原料制得的混煉膠和短纖維制成。該材料中的短纖維具有一定的取向度，可以和各類鞋底材料組合成型，從而提高鞋底在各個界面（冰面、鋼板、瓷磚、玻璃等）的防滑性能，尤其是防濕滑性能；可將該材料用于對防滑性能要求較高的鞋底中去，從而改善成鞋的防滑性能，減少因滑倒而產生的摔傷事件發生。
【專利說明】定向排列短纖維復合橡膠鞋底防滑材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于橡膠、制鞋領域，涉及一種定向排列短纖維復合橡膠鞋底防滑材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002]防滑性能是鞋子最基本的性能之一，鞋子良好的防滑性能是保證穿鞋者安全性的必要條件。特殊場合特殊任務穿用的鞋子，如廚房用鞋、戶外登山鞋、冬季寒區保暖用鞋等更是要求鞋底的防滑性能突出。對于部隊等執行特殊任務的群體而言，鞋子的防滑性能也十分重要。良好的防滑性能既可以保證軍事戰術動作的完成，同時也可以避免戰士滑倒摔傷的危險。若戰士穿著不斷打滑的軍鞋可能會造成戰術動作的變形或身體重心的偏離而滑倒摔傷，造成非戰斗減員。尤其在軍艦甲板、高原山地、冬季冰面等環境對鞋子的防滑性能要求更高。當前情況下，鞋子干態情況下的防滑性能基本能夠滿足鞋子防滑安全的需要，但很多鞋子濕態界面上的防滑性能卻下降嚴重。如何保持鞋底濕態下的防滑性能是當前需要解決的問題。中國專利CN102850611A公開一種以EVA、丁苯橡膠為基料，添加玻璃纖維顆粒，利用雙螺桿擠出機熔融接枝獲得防滑鞋底，雖然對于改善鞋底防滑性能有一定作用，但該材料的低溫性能不佳，在低溫條件下其防滑性能大大下降，而且該專利中沒有表述其濕態情況下的防滑效果；中國專利CN102816360A公開了一種通過添加大量玻璃纖維實現了鞋底冰面防滑效果，但該專利對于濕冰上的防滑性能沒有闡述，更沒有研究纖維定向排列對防滑性能的影響。同時，大量的玻璃纖維加入會降低鞋底的干態防滑性能和耐磨性能。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種定向排列短纖維復合橡膠鞋底防滑材料及其制備方法。
[0004]本發明提供的短纖維復合橡膠材料，由以生膠、補強劑和助劑為原料制得的混煉膠和短纖維制成。
[0005]所述短纖維為碳纖維和玻璃纖維的混合物；其中，所述碳纖維和玻璃纖維的質量比為0.3~0.8:1，具體為0.5:1 ;
[0006]所述短纖維和玻璃纖維的長度均為5-10mm，直徑均為10_20 μ m ；
[0007]所述短纖維與混煉膠的質量比為0.05~0.15:1，具體為0.05:1、0.1:1或0.05~0.1:1。
[0008]所述生膠由天然橡膠 和順丁橡膠共混而成；所述生膠具體可按如下方法制得:將天然橡膠和順丁橡膠于開煉機上利用雙棍開煉機的剪切力捏煉5min后使其形成光滑的包輥膠。
[0009]所述補強劑為炭黑N220 ；
[0010]所述助劑由機油、促進劑、防老劑、分散劑和硫磺組成；其中，所述促進劑選自促進劑DM、促進劑CZ和促進劑D中的至少一種；所述防老劑選自防老劑4010、防老劑RD和防老劑MB中的至少一種；所述分散劑具體為分散劑FS-12。[0011]所述生膠、補強劑和助劑的質量份數分別如下所示:
[0012]天然橡膠:70~90;
[0013]順丁橡膠:10~30;
[0014]炭黑N220:20 ~30 ;
[0015]機油:5~8;
[0016]促進劑DM:1~2;
[0017]促進劑CZ:0.5~I;
[0018]促進劑D:0.5 ~0.8 ;
[0019]防老劑4010:1 ~1.5 ;
[0020]防老劑RD:0.5 ~0.8 ;
[0021]防老劑MB:0.2 ~0.5 ;
[0022]分散劑FS-12:1 ~3 ;
[0023]硫磺:I~ 2 ;
[0024]所述生膠、補強劑和助劑的質量份數具體如下所示:
[0025]天然橡膠:80 ；
[0026]順丁橡膠:20;
[0027]炭黑N220:30;
[0028]機油:5；
[0029]促進劑DM:1.5;
[0030]促進劑CZ:1;
[0031]促進劑D:0.5;
[0032]防老劑4010:1;
[0033]防老劑RD:0.5 ;
[0034]防老劑MB:0.5 ;
[0035]分散劑FS-12:1.5 ;
[0036]硫磺:2；
[0037]或者，
[0038]所述生膠、補強劑和助劑的質量份數具體如下所示:
[0039]天然橡膠:90 ；
[0040]順丁橡膠:10;
[0041]炭黑N220:25;
[0042]機油:5；
[0043]促進劑DM:1.5;
[0044]促進劑CZ:1;
[0045]促進劑D:0.5 ;
[0046]防老劑4010:1;
[0047]防老劑RD:0.5 ;
[0048]防老劑MB:0.5 ;
[0049]分散劑FS-12:2;[0050]硫磺:2.5 ;
[0051]或者，
[0052]所述生膠、補強劑和助劑的質量份數具體如下所示:
[0053]天然橡膠:80 ；
[0054]順丁橡膠:20;
[0055]炭黑N220:20;
[0056]機油:5；
[0057]促進劑DM:1.5;
[0058]促進劑CZ:1;
[0059]促進劑D:0.5 ;
[0060]防老劑4010:1;
[0061]防老劑RD:0.5;
[0062]防老劑MB:0.5 ;
[0063]分散劑FS-12:3;
[0064]硫磺:2；
[0065]所述步驟I)混煉步驟中，輥距為2_5mm ；
[0066]所述出片步驟中，輥距為5mm;
[0067]所述步驟I)中，混煉膠按照包括如下步驟的方法制得:
[0068]a)將所述生膠于雙輥開煉機上捏煉4~Smin后，得到包輥膠；
[0069]b)將輥距調至8~10mm，將步驟a)所得包輥膠再投入步驟a)所用雙輥開煉機中壓煉I~2min后再加入所述補強劑、機油、促進劑、防老劑和分散劑，加完后混煉3~5min，再加入硫磺，加完后混煉2~5min后，將輥距調整至2mm，反復薄通、打三角包3~4次后，調整輥距為IOmm出片，自然冷卻至室溫停放8h，得到所述混煉膠。
[0070]上述材料中，短纖維在所述材料中為定向排列；
[0071]所述材料的邵爾A硬度為50~60。
[0072]本發明提供的制備短纖維復合橡膠材料的方法，包括如下步驟:
[0073]I)將所述由生膠、補強劑和助劑為原料制得的混煉膠進行混煉，同時按照配比加入所述短纖維，待短纖維加完后繼續混煉后出片，得到混煉膠片；
[0074]2)將步驟I)所得混煉膠片沿壓延方向沖裁成形得到成型膠片后，將若干層所述成型膠片進行模壓硫化，自然冷卻后得到所述短纖維復合橡膠材料。
[0075]上述方法所述步驟I)混煉步驟中，輥距為2~5mm ;
[0076]所述整個添加短纖維步驟中，均不打三角包、不薄通；
[0077]所述出片步驟中，輥距為5mm。
[0078]所述步驟2)沖裁成形步驟中，沖裁后的形狀為長方形，且長邊方向與壓延方向垂直；
[0079]所述長方形的尺寸具體為:長度為20cm，寬度為IOcm ；
[0080]所述疊放步驟中，成型膠片疊放的層數為15~20 ;
[0081]所述硫化步驟中，合模壓力為100±5t，模具溫度為165±5°C，硫化時間為35~50mino[0082]另外，上述本發明提供的短纖維復合橡膠材料在制備鞋底防滑材料或鞋底中的應用及含有所述短纖維復合橡膠材料的鞋底防滑材料或鞋底，也屬于本發明的保護范圍。
[0083]本發明與現有技術相比，具有如下優點:
[0084]I)本發明利用玻璃纖維、碳纖維的協同作用，利用雙輥開煉機的壓延效應實現短纖維在橡膠基體內的定向排列，從而在添加少量短纖維的情況下就可以大大改善鞋底的防滑性能；
[0085]2)本發明制備的防滑材料耐磨性能好，確保了鞋底的耐穿性能；
[0086]3)本發明制備的防滑鞋底材料在各類界面(瓷磚、鋼板、玻璃、冰面)上具備優異的干態、濕態摩擦系數。
[0087]4)本發明制備的防滑材料用于對防滑性能要求較高的鞋底中去，從而改進成鞋的防滑性能，減少因滑倒而產生的摔傷事件發生。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0088]圖1是本發明定向排列短纖維復合橡膠材料的制備過程中，沖裁后的單層橡膠片的示意圖。
[0089]圖2是本發明定向排列短纖維復合橡膠材料的制備過程中，多層沖裁后的橡膠片置放的不意圖。
[0090]圖3是實施例1所得斷面具有定向排列短纖維復合材料的掃描電鏡圖。
【具體實施方式】
[0091]下面結合具體實施例對本發明作進一步闡述，但本發明并不限于以下實施例。所述方法如無特別說明均為常規方法。`所述原材料如無特別說明均能從公開商業途徑而得。
[0092]下述實施例所用分散劑FS-12均購自宜興東昌化工有限公司。所述phr的含義均為質量份。
[0093]下述實施例所用碳纖維和玻璃纖維的長度均為5mm，直徑均為20 μ m。
[0094]實施例1、
[0095]I)首先制備混煉膠:
[0096]a)將SOphr天然橡膠和20phr順丁橡膠于開煉機上利用雙棍開煉機的剪切力進行捏煉5min，使其形成光滑的包輥膠后將膠料割下備用。
[0097]b)放寬輥距至8~10mm，將步驟a)所得包輥膠投入輥距壓煉lmin，然后將30phr炭黑N220、5phr機油、1.5phr促進劑DM、Iphr促進劑CZ、0.5phr促進劑D、lphr防老劑
4010,0.5phr防老劑RD、0.5phr防老劑MB和1.5phr分散劑FS-12加入，待小料完全投入后再混煉3~5min,再加入2phr硫磺,待完全加入后繼續混煉2min ;將棍距調整至2mm,反復薄通、打三角包3~4次，調整輥距為IOmm出片，冷卻至室溫20°C停放8h，得到混煉膠；
[0098]再制備混煉膠片:
[0099]將輥距調整至2mm后，將所得混煉膠置于雙輥開煉機上進行混煉，同時加入占混煉膠質量5%的碳纖維和占混煉膠質量10%的玻璃纖維，待短纖維完全添加后繼續混煉2min，整個短纖維添加及混煉過程中不打三角包、不薄通，然后將輥距調整為5mm后出片，得到混煉膠片；[0100]2)將步驟I)所得混煉膠片用裁刀沿壓延方向進行沖裁，得到尺寸為20cmX10cm(其長邊方向與壓延方向垂直)的長方形成型膠片，如圖1所示；
[0101]再將20層所得沖裁后的膠片一致緊密的疊放在一起(如圖2所示)，放入模具中，于165±5°C進行模壓硫化,合模壓力為100±5t,硫化時間為40±5min,開模,室溫自然冷卻并停放24h，利用剖刀沿著與纖維壓延方向垂直的方向剖片，剖片厚度為2mm，得到本發明提供的短纖維復合橡膠材料，也即防滑鞋底復合材料。該材料的斷面掃描電鏡如圖3所示。由圖可知，該復合橡膠材料中，短纖維均呈定向排列。
[0102]該材料的物理性能如表1。
[0103]由表可知，該材料的拉伸性能充分滿足軍鞋對橡膠鞋底性能的要求，其阿克隆磨耗為0.23cm3，低于軍標中的0.4cm3，材料具有較好的耐磨性能。雖然軍鞋標準中暫沒有要求其防滑性能，但國際上普遍認為摩擦系數大于0.4意味該材料具備較好的防滑性能。本實施例中在各類界面濕滑狀態下的摩擦系數都大于0.4，說明該材料具備較好的防滑性能。
[0104]實施例2
[0105]I)首先制備混煉膠:
[0106]a)將90phr天然橡膠和IOphr順丁橡膠于開煉機上利用雙棍開煉機的剪切力捏煉5min后，使其形成光滑的包輥膠后將膠料割下備用。
[0107]b)放寬輥距至8~10mm，將步驟a)所得包輥膠投入輥距壓煉lmin，然后將25phr炭黑N220、5phr機油、1.5phr促進劑DM、Iphr促進劑CZ、0.5phr促進劑D、lphr防老劑 4010.0.5phr防老劑RD、0.5phr防老劑MB和2phr分散劑FS-12加入，待小料完全投入后再混煉3~5min,再加入2.5phr硫磺,待完全加入后繼續混煉2min ;將棍距調整至2mm,反復薄通、打三角包3~4次，調整輥距為IOmm出片，冷卻至室溫20°C停放8h，得到混煉膠；
[0108]再制備混煉膠片:
[0109]將輥距調整至2mm后，將所得混煉膠置于雙輥開煉機上進行混煉，同時加入占混煉膠質量4%的碳纖維和占混煉膠質量5%的玻璃纖維，待短纖維完全添加后繼續混煉2min，整個短纖維添加及混煉過程中不打三角包、不薄通，然后將輥距調整為5mm后出片，得到混煉膠片；
[0110]2)同實施例1步驟2)。
[0111]該材料的物理性能如表1。
[0112]由表可知，該材料的拉伸強度和伸長率充分滿足軍鞋對橡膠性能的要求，其阿克隆磨耗為0.22cm3，低于軍標中的0.4cm3，材料具有較好的耐磨性能。本實施例中在各類界面濕滑狀態下的摩擦系數都大于0.4，說明該材料具備較好的防滑性能。
[0113]實施例3
[0114]I)首先制備混煉膠:
[0115]a)將SOphr天然橡膠和20phr順丁橡膠于開煉機上利用雙棍開煉機的剪切力捏煉5min后，使其形成光滑的包輥膠后將膠料割下備用。
[0116]b)放寬輥距至8~10mm，將步驟a)所得包輥膠投入輥距壓煉lmin，然后將20phr炭黑N220、5phr機油、1.5phr促進劑DM、Iphr促進劑CZ、0.5phr促進劑D、lphr防老劑
4010.0.5phr防老劑RD、0.5phr防老劑MB和3phr分散劑FS-12加入，待小料完全投入后再混煉3~5min,再加入2phr硫磺,待完全加入后繼續混煉2min ;將棍距調整至2mm,反復薄通、打三角包3~4次，調整輥距為IOmm出片，冷卻至室溫20°C停放8h，得到混煉膠；
[0117]再制備混煉膠片:
[0118]將輥距調整至2mm后，將所得混煉膠置于雙輥開煉機上進行混煉，同時加入占混煉膠質量6%的碳纖維和占混煉膠質量9%的玻璃纖維，待短纖維完全添加后繼續混煉2min，整個短纖維添加及混煉過程中不打三角包、不薄通，然后將輥距調整為5mm后出片，得到混煉膠片；
[0119]2)同實施例1步驟2)。
[0120]該材料的物理性能如表1。
[0121]由表可知，該材料的拉伸性能充分滿足軍鞋對橡膠鞋底性能的要求，其阿克隆磨耗為0.25cm3，低于軍標中的0.4cm3，材料具有較好的耐磨性能。本實施例中在各類界面濕滑狀態下的摩擦系數都大于0.4，說明該材料具備較好的防滑性能。
[0122]表1、防滑鞋底材料物理性能表
[0123]
【權利要求】
1.一種短纖維復合橡膠材料，由以生膠、補強劑和助劑為原料制得的混煉膠和短纖維制成。
2.根據權利要求1所述的材料，其特征在于:所述短纖維為碳纖維和玻璃纖維的混合物；其中，所述碳纖維和玻璃纖維的質量比為0.3~0.8:1 ; 所述短纖維和玻璃纖維的長度均為5-10mm，直徑均為10-20 μ m ； 所述短纖維與混煉膠的質量比為0.05~0.15:1。
3.根據權利要求1或2所述的材料，其特征在于:所述生膠由天然橡膠和順丁橡膠共混而成； 所述補強劑為炭黑N220 ； 所述助劑由機油、橡膠促進劑、防老劑、分散劑和硫磺組成； 其中，所述促進劑選自橡膠促進劑DM、橡膠促進劑CZ和橡膠促進劑D中的至少一種； 所述防老劑選自防老劑4010、防老劑RD和防老劑MB中的至少一種； 所述分散劑具體為分散劑FS-12 ； 所述生膠、補強劑和助劑的質量份數分別如下所示: 天然橡膠:70~90 ; 順丁橡膠:10~30 ;`
炭黑 N220:20 ~30 ； 機油:5~8 ; 促進劑DM:1~2 ; 促進劑CZ:0.5~I ; 促進劑D:0.5~0.8 ; 防老劑4010:1~1.5 ; 防老劑RD:0.5~0.8 ; 防老劑MB:0.2~0.5 ; 分散劑FS-12:1~3 ; 硫磺:I~2。
4.根據權利要求1-3任一所述的材料，其特征在于:所述混煉膠按照包括如下步驟的方法制得: a)將所述生膠于雙輥開煉機上捏煉4~Smin后，得到包輥膠； b)將輥距調至8~10mm，將步驟a)所得包輥膠再投入步驟a)所用雙輥開煉機中壓煉I~2min后再加入所述補強劑、機油、促進劑、防老劑和分散劑，加完后混煉3~5min，再加入硫磺，加完后混煉2~5min后，將輥距調整至2mm，反復薄通、打三角包3~4次后，調整輥距為IOmm出片，自然冷卻至室溫停放8h，得到所述混煉膠。
5.根據權利要求1-4任一所述的材料，其特征在于:所述材料的邵爾A硬度為50~60。
6.一種制備權利要求1-5任一所述短纖維復合橡膠材料的方法，包括如下步驟: 1)將所述由生膠、補強劑和助劑為原料制得的混煉膠進行混煉，同時按照配比加入所述短纖維，待短纖維加完后繼續混煉后出片，得到混煉膠片； 2)將步驟I)所得混煉膠片沿壓延方向沖裁成形得到成型膠片后，將若干層所述成型膠片進行模壓硫化，自然冷卻后得到所述短纖維復合橡膠材料。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于:所述步驟I)混煉步驟中，輥距為2~5mm ； 所述出片步驟中，輥距為5mm。
8.根據權利要求6或7所述的方法，其特征在于:所述步驟2)中，沖裁成形步驟中，沖裁后的形狀為長方形，且長邊方向與混煉膠的壓延方向垂直； 所述長方形的尺寸具體為:長度為20cm，寬度為IOcm ； 所述疊放步驟中，成型膠片疊放的層數為15-20 ； 所述硫化步驟中，合模壓力為100±5t，模具溫度為165±5°C，硫化時間為35-50min。
9.權利要求1-5任一所述短纖維復合橡膠材料在制備鞋底防滑材料或防滑鞋底中的應用。
10.含有權利要求1·-5任一所述短纖維復合橡膠材料的鞋底防滑材料或鞋底。
【文檔編號】C08K3/06GK103819757SQ201310594050
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年11月21日 優先權日:2013年11月21日
【發明者】王修行, 張建春, 張華 , 王啟志, 秦蕾, 梁高勇, 吳毅輝, 張桂英 申請人:中國人民解放軍總后勤部軍需裝備研究所, 南京東亞橡塑制品有限公司