聚酰亚胺增强丁腈橡胶复合材料 本发明涉及一种聚酰亚胺增强丁腈橡胶复合材料及其制备方法。
在煤矿、油井、码头等使用的传动装置中，运动部件的需求很大，如以传动装置中的托辊为例，据不完全统计，国内年需求量在2000万件以上。目前，实际使用的托辊大多采用铸铁制品，如果用橡塑材料制品替换现在采用的铸铁托辊，可以避免不合理的钢丝绳与铸铁托辊之间钢对钢的摩擦，使钢丝绳的使用寿命提高2倍以上，明显提高安全性能，此外，由于橡塑材料制品的重量轻，同时降低了施工和运输成本。实际使用中，铸铁托辊的腐蚀比较严重，橡塑托辊不存在腐蚀性的问题，只要使其具有良好的耐溶剂性能即可。
本发明旨在提供一种聚酰亚胺增强丁腈橡胶复合材料及其制备方法，该材料具有优良耐磨性能、使用寿命长、能在传动装置中使用等特点。
本发明通过如下措施实现：
一种聚酰亚胺增强丁腈橡胶复合材料，其特征是含有丁腈橡胶100份、氧化锌5～10份、硬脂酸1～5份、碳黑20～50份、增塑剂5～15份、硫磺1～5份、促进剂1～5份、聚酰亚胺10～80份，以质量份数计。
本发明的材料欲适用于传动装置中的托辊，它要求材料具有比较好的摩擦学性能，同时要求具有比较好的综合物理机械性能，因此选择丁腈橡胶作为基体材料。丁腈橡胶因具有极性腈基，对非极性或弱极性的脂肪烃、动植物油、液体燃料和溶剂等有较好的稳定性，并且，丁腈橡胶的耐热性能优于天然橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶等，同时，它与塑料、树脂等具有较好的相容性，丁腈橡胶曾广泛用于刹车片等，因此，这种材料比较适合于作托辊的基体材料。
本发明中选择上述几种填料的原因如下：氧化锌、硬脂酸、增塑剂、促进剂、硫磺等是橡胶炼胶过程中必要的辅助剂和配合剂，碳黑对橡胶起补强作用，硬脂酸与丁腈橡胶有较好的相容性，能促使碳黑、氧化锌等粉末状配合剂在胶料中均匀分散，又能与氧化锌或促进剂反应而增加其活性，故又可作为主要的硫化促进剂。
本发明中采用的聚酰亚胺是单醚酐型聚酰亚胺模塑粉(结构式如下式所示)，粒度不超过200目。聚酰亚胺作为摩擦学性能改进剂，可在一定程度上改善材料的摩擦磨损性能，同时可以大大提高材料地耐溶剂性。
本发明中涉及到的增塑剂有邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、石蜡油、己二酸二锌酯(DOA)、磷酸三丁酯(TBP)，增塑剂的作用主要是增大橡胶分子链间的距离，减小分子间的作用力，使分子链之间易滑动，从而增加胶料的塑性，降低其熔体粘度、玻璃化温度或弹性模量。
本发明中涉及到的促进剂有N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酸胺(促进剂CZ)、二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTD)、一硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTM)、2-硫醇基苯并噻唑(促进剂M)、二苯胍(促进剂D)等，促进剂能大大促进橡胶与硫化剂之间的反应，提高硫化速度，降低硫化温度，缩短硫化时间，减少硫化剂用量，同时能改善硫化胶的物理机械性能。
一种聚酰亚胺增强丁腈橡胶复合材料的制备方法，其特征是在开炼机上将100份丁腈橡胶的生胶进行塑炼，待橡胶光滑包辊后，加入氧化锌5～10份、硬脂酸1～5份、碳黑20～50份、增塑剂5～15份、硫磺1～5份、促进剂1～5份、聚酰亚胺10～80份，以质量份数计，进行混炼，混炼均匀后，在平板硫化仪上模压硫化，脱模后即得材料毛坯。在整个塑炼和混炼过程中，滚筒表面温度保持在45～55℃，硫化温度为140～160℃，硫化时间为15～35min，压力10～15MPa。
本发明材料的基本性能如下：
表1.材料的基本性能 项目 单位 性能 备注 外观 - 无明显缺陷 肉眼观察 拉伸强度 MPa ≥19.7 1 拉伸永久变形 ％ ≤40 2 断裂伸长率 ％ ≤980 3 硬度(邵尔A) - ≥63 4 体积溶胀比 - ≤0.97 5 摩擦系数 - ≤0.22 6 磨损率 10-5kg/(N·m) ≤1.34 7注：1.拉伸强度：GB528-92；
2.拉伸永久变形：GB528-92；
3.断裂伸长率：GB528-92；
4.硬度(邵尔A)：GB531-83；
5.体积溶胀比：GB1690-82；
6.摩擦系数：高温三号栓-盘式摩擦磨损试验机，对偶为GGr15
轴承钢球，转速为3.6×10-2m/s，载荷为0.15MPa；
7.磨损率：同上。
本发明与已有技术相比，具有如下实质性特点：改种材料的综和物理机械性能较高，耐磨性较好，摩擦系数较低，使用寿命长，特别适合于在传动装置中使用。
实施例1：按质量份数，丁腈橡胶100，氧化锌5，硬脂酸5，碳黑50，己二酸二锌酯(DOA)5，硫磺1，N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酸胺(促进剂CZ)1，单醚酐型聚酰亚胺10，在开炼机上将丁腈橡胶的生胶进行塑炼，待橡胶光滑包辊后，加入硬脂酸、氧化锌、碳黑、单醚酐型聚酰亚胺等混炼，混炼均匀后，在平板硫化仪上模压硫化，脱模，加工制样。在整个塑炼和混炼过程中，滚筒表面温度保持在45℃，硫化条件为140℃×35min，压力10MPa。
实施例2：按质量份数，丁腈橡胶100，氧化锌7，硬脂酸4，碳黑40，石蜡油8，硫磺2，二硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTD)2，单醚酐型聚酰亚胺20，在开炼机上将丁腈橡胶的生胶进行塑炼，待橡胶光滑包辊后，加入硬脂酸、氧化锌、碳黑、单醚酐型聚酰亚胺等混炼，混炼均匀后，在平板硫化仪上模压硫化，脱模，加工制样。在整个塑炼和混炼过程中，滚筒表面温度保持在45℃，硫化条件为145℃×30min，压力15MPa。
实施例3：按质量份数，丁腈橡胶100，氧化锌8，硬脂酸3，碳黑40，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)10，硫磺3，2-硫醇基苯并噻唑(促进剂M)3，单醚酐型聚酰亚胺30，在开炼机上将丁腈橡胶的生胶进行塑炼，待橡胶光滑包辊后，加入硬脂酸、氧化锌、碳黑、单醚酐型聚酰亚胺等混炼，混炼均匀后，在平板硫化仪上模压硫化，脱模，加工制样。在整个塑炼和混炼过程中，滚筒表面温度保持在50℃，硫化条件为150℃×25min，压力15MPa。
实施例4：按质量份数，丁腈橡胶100，氧化锌9，硬脂酸2，碳黑30，磷酸三丁酯(TBP)13，硫磺4，-硫化四甲基秋兰姆(促进剂TMTM)4，单醚酐型聚酰亚胺40，在开炼机上将丁腈橡胶的生胶进行塑炼，待橡胶光滑包辊后，加入硬脂酸、氧化锌、碳黑、单醚酐型聚酰亚胺等混炼，混炼均匀后，在平板硫化仪上模压硫化，脱模，加工制样。在整个塑炼和混炼过程中，滚筒表面温度保持在50℃，硫化条件为155℃×20min，压力10MPa。
实施例5：按质量份数，丁腈橡胶100，氧化锌10，硬脂酸1，碳黑20，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)15，硫磺5，二苯胍(促进剂D)5，单醚酐型聚酰亚胺50，在开炼机上将丁腈橡胶的生胶进行塑炼，待橡胶光滑包辊后，加入硬脂酸、氧化锌、碳黑、单醚酐型聚酰亚胺等混炼，混炼均匀后，在平板硫化仪上模压硫化，脱模，加工制样。在整个塑炼和混炼过程中，滚筒表面温度保持在55℃，硫化条件为160℃×15min，压力15MPa。