设计成具有高抗磨性表面的橡胶制品

设计成具有高抗磨性 表面的橡胶制品

本发明涉及一种设计成具有高抗磨性表面的橡胶制品。目前制造的多种橡胶制品均设计成具有高抗磨性。这类橡胶制品的实例包括充气轮胎外胎和鞋底的花纹。通常，选择性地将这类橡胶制品的不同成分混合起来，以便改善其抗磨性。例如包括选择各种类型的橡胶和填充物。另一方面，为改善橡胶制品的抗磨性而寻找各种成分的研究在不断的进行，意想不到地竞发现一种使用传统添加剂而能够改善橡胶制品表面的抗磨性的新方法。

本发明涉及一种设计成具有高抗磨性表面的橡胶制品，所述表面包含一系列彼此相互平行的橡胶层，在沿所述橡胶制品的所述表面并在垂直于所述橡胶层的方向上测量时，所述制品的各橡胶层的致密度(即厚度)为每25.4毫米至少有200层。

图1示出本发明的多层次的橡胶制品的示意图。

图2示出制造本发明的多层次的橡胶制品的方法的示意图。

参照图1，该图示出的本发明的橡胶制品1，所述橡胶制品1具有至少一个表面区域2、4，所述表面区域2、4设计成具有高的抗磨性。例如，一种设计成具有高抗磨性表面区域的橡胶制品可包括轮胎的外胎花纹、鞋底、铁路交叉口、槽支撑面垫、密封件、传送带和软管。

设计成具有高抗磨性的表面区域包含一系列橡胶层6、8、10，所述橡胶层彼此相互平行。在沿所述表面表面区域并在垂直于所述橡胶层6、8、10的方向上测量时，所述橡胶层的致密度(即各橡胶层的厚度)须为每25.4毫米至少有200层。所述致密度范围为以每25.4毫米有约200到20,000层为好。所述致密度范围以每25.4毫米有约5,000到15,000层为更好。各所述橡胶层6、8、10可具有相同的厚度或可具有不同的厚度。一般说来，各所述橡胶层的厚度范围可为0.001至0.15毫米。所述橡胶层的厚度范围以约0.0017至0.005毫米为最好。

所述平行的橡胶层6、8、10可沿所述橡胶制品的表面不同的方向上定向。例如，所述平行的橡胶层6、8、10可相对于所述表面区域2、4在垂直于必需具有抗磨性的平面的方向上定向。按照本发明的其他实施例，所述平行的橡胶层可相对于所述表面区域在平行于必需具有抗磨性的平面(未示出)的方向上定向。依赖于所需的抗磨的程度，可将所述平行的橡胶层6、8、10相对于具有所期望的抗磨性的所述平面以不同角度定向。

各橡胶层6、8、10由一种橡胶化合物组成。可用以制成所述橡胶制品的橡胶化合物的典型的橡胶包括：丙烯腈/二烯烃共聚物、天然橡胶、卤化丁基橡胶、丁基橡胶、顺-1，4-聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、顺-1，4-聚丁二烯、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯三元共聚物及其混合物(还可提供当前设想已在使用的任意其他橡胶)。该橡胶最好为丙烯腈/二烯烃共聚物，特别是丙烯腈/丁二烯共聚物。各层橡胶层可由相同的橡胶配方组成或不同的橡胶层由不同的橡胶配方组成。

所述橡胶化合物最好包含一种片状填充物。片状填充物的典型实例为滑石、黏土、云母及其混合物。使用时，按重量计所述片状填充物的使用量的范围为在每100份的橡胶中含有约25份至约150份所述片状填充物。橡胶化合物中的片状填充物的使用量范围最好在每100份橡胶中含有约30份至约75份的片状填充物。

所述不同的橡胶配方可与传统的橡胶配合材料混合。常用的所述传统的配合材料中包括碳黑、增黏剂树脂、操作助剂、防老剂、防臭氧剂(防龟裂剂)、硬脂酸、活性剂、蜡、油、硫磺硫化剂和塑解剂。如本领域内的普通技术人员所知，依赖于所需的抗磨性的程度，上述特定的添加剂通常是按传统的添加量使用的。典型的碳黑的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约10份到150份的碳黑。典型的增黏剂树脂的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约2到10份的增黏剂树脂。典型的操作助剂的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约1份到5份的操作助剂剂。典型的防老剂的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约1份到10份的防老剂。典型的防臭氧剂的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约1份到10份的防臭氧剂。典型的硬脂酸的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约0.50份到3份的防老剂。典型的氧化锌的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约1份到5份的氧化锌。典型的蜡的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约1份到5份的蜡。典型的油的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约2份到30份的油。典型的硫磺硫化剂包括：元素硫、二硫化胺、聚合多硫化物、硫链烯烃加合物及其混合物，其使用量在每100份的橡胶中含有0.2到8份的硫磺硫化剂。典型的塑解剂的添加量，按重量计为在每100份的橡胶中含有约0.1份到1份的塑解剂。存在于上述添加剂的相对含量的问题并不属于本发明所考虑的方面。

按照本发明的一个优选实施例，在相邻的平行的橡胶层中共活化的硫化剂是分隔开的。例如，当制备所述橡胶层时，往往将之加热，以便于流动，而通过所述橡胶制品的机械性工作也可能产生热量。对于包含着硫化剂的橡胶而言，与这种操作相关的热量可诱导硫化作用或至少使硫化过程开始发生。为了降低这种可能性，需在相邻的平行的橡胶层中最好将共活化的硫化剂分隔开。例如，可将硫混合在橡胶层A中，但没有促进剂；然而，在和橡胶层A平行的橡胶层B中，将只包含促进剂，而不包含硫。跟着又是橡胶层A。达到硫化温度后，所述硫和促进剂将迁移到相邻的橡胶层中，按照本发明制造的橡胶制品便完全硫化。其他的硫化剂也可以分隔开，例如一橡胶层中包含氧化锌或锌，而另一橡胶层中包含硫和促进剂。

在阅读本申请文件之后，应当会注意到，本领域的普通技术人员将能体会到制造本发明的橡胶制品的各种方法。例如，可以将不同的橡胶层放置在一个模具中，其放置方式则使所述橡胶层的定向按照本发明的要求而实施。

本发明的一个主要方面在于，所述橡胶层具有所需厚度。制备具有所需厚度橡胶层的方法采用了一种多层橡胶层挤压机和模具。所述橡胶层可用多种方法制成。例如，在一种方法中，包括参采用两个分离的挤压机，所述挤压机通常向一个汇集点馈送两层由不同的橡胶化合物制成的橡胶层，于所述汇集点处将所述两层橡胶层靠贴在一起，以便形成一种双层橡胶层，但两层所述橡胶层并非必需采用不同橡胶化合物制成。然后，将所述双层橡胶层馈送通过一系列模具，每个模具将所述挤压机中的的橡胶层的层数加倍。于是，所述原始的两种成分的橡胶层(AB)在通过所述模具的第一模具件之后，便变成四层橡胶层(ABAB)，并在通过所述模具的第二模具件之后，变成八层橡胶层(ABABABAB)。图2示出所述制造倍加层的模具的原理。

在美国专利US3,557,165中叙述了另一种共挤压多层橡胶层的叠层制品的方法。

虽然挤压机是制备具有大量非常薄的薄层(例如每25.5毫米具有10,000或以上的薄片)的复合制品的优选装置，也可能采用其他不太复杂的装置来制备这种薄的多层制品。一种压延机可用以制备聚合物材料的薄层制品，其后，可将所述多层制品折叠成反复的多层制品，然后，再通过施加压力而进一步将之压薄。通过重复折叠和压薄，便可制成美25.4毫米具有数百层薄层的复合制品。

实例1制备多个模制的橡胶块，所述橡胶块具有一个由一系列薄的、相互平行的橡胶层构成的表面区域，所述橡胶块中的橡胶层的致密度为沿所述表面区域在垂直于所述橡胶层的方向上测量时，每25.4毫米含有11,000层橡胶层。所述叠层的橡胶块按图2所示的工序制备。所使用的多层挤压机包含两个分离的19毫米(直径)24/1 L/D(长径比)高温塑料挤压机，所述挤压机购自新泽西小松林的基里奥恩公司(KillionCo.，Cedar Grove，New Jersey)。所述挤压机将由两种橡胶化合物制成的橡胶层馈送到一个汇集点，于所述汇集点处将所述两层橡胶层靠贴在一起，以便形成一种双层橡胶层。所述双层橡胶层馈送通过一系列模具，所述模具由荷兰艾恩德荷芬的荷兰学校矿业/科技大学(DutchSchool Mines/technical University Eindhoven，Netherlands)。每个模具加倍所述挤压机中橡胶层的层数。于是，原始的两层橡胶层在通过第一模具件之后，便变成四层橡胶层，而在通过第二模具件之后便变成八层橡胶层。总共使用七个模具件以制成256层叠复合制品(每25.4毫米含有11,000层橡胶层)。

本发明的第一种橡胶制品(样品1)具有两种橡胶化合物制成的交替的橡胶层。所述第一种橡胶制品的第一橡胶化合物按重量计包含：43份聚丁二烯；4份天然橡胶；96.25份油充丁苯橡胶(PLF 1712C)；95份碳黑和按常规重量的硬脂酸、蜡、操作油、抗降阶剂、初级和次级促进剂、氧化锌和硫。所述第一种橡胶制品的第二橡胶化合物按重量计包含100份丁腈橡胶(ChemigumN300)，每100份橡胶含有50份滑石和按常规重量的抗降阶剂、硬脂酸、氧化锌、促进剂和硫。

为对照目的，制备一块模制的非叠层橡胶块(样品3)，所述橡胶块包含一种50/50上述含聚丁二烯橡胶化合物和含丁腈橡胶的化合物。

此外，还制备一块模制的非叠层橡胶块(样品4)，所述(样品4)橡胶块只含聚丁二烯橡胶化合物，以及制备另一块模制的非叠层橡胶块(样品5)，所述(样品5)橡胶块只含丁腈橡胶化合物。

按照美国标准试验手册(ASTM)中的试验方法ISO 4649-1895(E)的要求，对上述各样品进行德国工业标准(DIN)规定的磨损试验(在室温和热的情况下进行)。

对样品1的试验是在对着本发明的所述橡胶层边缘的方向上进行所述磨损试验。

对样品2(对照试验)的试验是在对着本发明的所述橡胶层的表面的突缘平面内进行所述磨损试验，即对着只有一层覆盖所述样品的整个侧边的橡胶层进行所述磨损试验。

对样品3(对照试验)是对所述包含两种橡胶化合物的混合物的非叠层橡胶块进行所述磨损试验。

对样品4(对照试验)是对所述包含聚丁二烯天然橡胶、丁苯橡胶化合物的非叠层橡胶块进行所述磨损试验。

对样品5(对照试验)是对所述包含丁腈橡胶化合物的非叠层橡胶块进行所述磨损试验。

下述表-1列出样品1至5的相应的DIN磨损值。

表-1

由于这些试验测量重量耗损，故，其值越低表示其抗磨性越好。如可从表中看到的那样，磨损值随所述橡胶层的定向方向剧烈的变化。