一種具有高抗裂紋增長性膠料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于橡膠領域，具體涉及一種具有高抗裂紋增長性膠料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 橡膠材料在動態條件下使用易產生疲勞，疲勞的結果是材料的力學性能下降，容 易產生裂紋，裂紋進一步擴展導致材料的破壞。常見的動態制品如輪胎、輸送帶等，這些產 品在交變應力的作用下容易產生裂紋，或者受外力刺扎而產生裂紋，繼而裂紋擴展導致材 料破壞。
[0003] 動態條件下使用的橡膠制品受到交變應力的作用，很容易疲勞，橡膠材料的疲勞 性能可以定義為由于周期性的應力（或變形）的作用而使材料的物理機械性能下降的現象。 而疲勞破壞是指在低于其破環強度的條件下，在承受周期性應力（或應變）過程中，材料表 面或內部產生微觀損傷，并逐漸發展為宏觀裂紋直至斷裂，從而使制品喪失使用功能的現 象。對橡膠材料疲勞性能的研宄，最早可以追溯到上世紀40年代Cadwell等人對天然橡 膠（NR)的研宄。其后，各國學者從不同角度對橡膠材料的疲勞破壞性能進行了研宄，并得 到了許多有價值的規律。
[0004] 由于橡膠具有大變形、低剛度的特點，而且具有不可忽視的粘彈滯后性，因此影響 其疲勞破壞性能的因素非常復雜。早期對橡膠材料疲勞性能的研宄多以考察疲勞壽命的影 響因素為主，采用以力學理論為基礎的裂紋擴展方法或S-N曲線法，通過宏觀性能的變化 來分析材料的疲勞特性，所得結果能夠預測材料的疲勞壽命。近年來隨著實驗檢測技術的 發展，紅外光譜、核磁共振、X光電子能譜儀、掃描電子顯微鏡和電子自旋共振等先進的微觀 測試方法也被用于橡膠疲勞破壞的研宄，使人們對疲勞破壞機理的研宄更加深入。LE CAM 使用了一個新穎的原位微切削技術并且對在裂紋尖端后的材料微觀結構進行了觀察，確定 疲勞破壞大多是由于孔穴現象而引起的，而這些孔穴大多是由于氧化鋅和膠體之間的剝離 而引起的。HAINSW0RTH對炭黑填充天然橡膠的疲勞裂紋產生和擴展進行了研宄，觀察到 裂紋擴展過程是非線性的，裂紋發生在試件邊緣和缺陷部位。N.Sainter，Jean-Benoit Le Cam等采用電子顯微鏡和能譜儀對NR的裂紋擴展行為進行研宄，發現硬質夾雜物及氣穴是 引發裂紋的主要因素，NR的累計應變誘導結晶使疲勞裂紋擴展產生了分支，分支顯著降低 了裂紋擴展速率。
[0005] 綜上所述，橡膠的疲勞破壞包括裂紋引發和裂紋增長兩個過程，不同橡膠材料在 這兩個過程中表現出不同的特點，如NR裂紋引發速度快，但增長速度慢；而BR裂紋引發速 度慢，但增長速度快。若將二者的疲勞破壞機理結合起來，更有利于提高材料的疲勞壽命。 抗裂口增長性能與膠料拉伸強度、拉斷伸長率及橡膠基體材料有較大關系，膠料拉斷伸長 率越大，變形能力越大，可以吸收的變形能量越大，橡膠抗裂口增長性能越好。目前橡膠制 品行業，尤其是輪胎制品、輸送帶制品迫切需要對抗裂口增長性進行深入的研宄，為制備高 性能動態制品奠定基礎。
【發明內容】
[0006] 為解決上述技術問題，本發明特別涉及了一種具有高抗裂紋增長性的膠料及其制 備方法。
[0007] -種具有高抗裂紋增長性的膠料，以基礎橡膠質量為100份計，包括聚丁二烯橡 膠80-95份，結晶性聚合物5-20份，填料10-50份，活化劑6-8份，防老劑1-2份，促進劑 1-2份，硫化劑2-3份及適量的加工助劑，以上均為重量份。
[0008] 進一步的，所述結晶性聚合物是指能與聚丁二烯橡膠產生共交聯的不飽和聚合 物。
[0009] 進一步的，所述結晶性聚合物是指杜仲膠或反式1，4聚異戊二烯。
[0010] 進一步的，所述填料為炭黑、白炭黑或炭黑-白炭黑雙相連續填料。
[0011] 進一步的，所述炭黑-白炭黑雙相連續填料中二氧化娃的含量是10-50%。
[0012] 本發明的一種具有高抗裂紋增長性的膠料的制備方法，是先將聚丁二烯橡膠和納 米填料在開煉機上混合均勻備用；然后將結晶性聚合物在70-90°C的開煉機上均勻塑化， 將上述混合均勻的聚丁二烯橡膠加入到結晶性聚合物中，混合均勻后依次加入加工助劑、 防老劑、活性劑和促進劑，最后加入硫化劑，混合10-15分鐘，下片備用 與現有技術相比，本發明的優點和積極效果是：本發明根據NR在動態形變過程中能夠 誘導結晶，結晶的存在抑制了裂紋的擴展，從而提高了疲勞壽命的特點，將具有類似NR結 晶特點的結晶性聚合物和聚丁二烯橡膠并用，在機械共混的過程中同時添加補強性納米填 料，并使結晶聚合物和納米粒子均勻分散在聚丁二烯橡膠中。通過硫化使結晶性聚合物和 聚丁二烯產生共交聯，保證基體材料的力學性能，利用結晶性聚合物殘余的微晶體和納米 粒子雙重作用抑制裂紋的擴展，提高聚丁二烯橡膠的抗裂紋增長性。
【附圖說明】
[0013] 圖1.本發明實施例1-3中硫化膠的疲勞周期與割口增長性的關系圖； 圖2.本發明實施例4-6中硫化膠的疲勞周期與割口增長性的關系圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合【具體實施方式】對本發明的技術方案作進一步詳細的說明。
[0015] 聚丁二烯橡膠尤其是高順式聚丁二烯橡膠因其優異的耐磨性和屈撓疲勞性能而 廣泛用在輪胎胎面和胎側部位。輪胎的胎側可以保護輪胎胎體不受風化、臭氧侵襲、磨耗、 割口和龜裂的影響，胎側的輪廓必須具備能耐受長年累月的嚴重變形的作用以適應那些諸 如提高牽引力、降低滾動阻力、提高行駛里程和高速操縱性能的需求。當屈撓集中在輪胎的 一個較小區域時，這些需求就對胎側膠有著更為苛刻的要求。盡管聚丁二烯橡膠具有較好 的耐疲勞性能，但一旦產生裂紋后，裂紋擴展速度很快，如何提高其抗裂紋增長性成為提高 胎側壽命的關鍵。所述抗裂紋增長性是指橡膠材料反復受到應力（或應變）作用，材料內部 會產生裂紋。應力的集中作用將使裂紋尖端的材料產生變形，導致裂紋進一步擴展，最終導 致材料的破壞。
[0016] 本發明提供了一種具有高抗裂紋增長性的膠料，是將高順式聚丁二烯橡膠和結晶 性聚合物共混，同時添加含有二氧化硅的納米填料。配方以基礎橡膠質量為100份計，包括 聚丁二烯橡膠80-95份，結晶性聚合物5-20份，填料10-50份，活性劑7份，促進劑1份，防 老劑2份，硫化劑2份及適量的加工助劑，以上均為重量份。
[0017] 所述結晶性聚合物是指能與高順式聚丁二烯橡膠產生共交聯的不飽和聚合物，如 杜仲膠、人工合成反式1，4聚異戊二烯等。
[0018] 所述填料為炭黑、白炭黑或炭黑-白炭黑雙相連續填料。
[0019] 本