一种传动轴支撑橡胶材料及其制备方法

专利类型 发明公开 法律事件 实质审查;
专利有效性 实质审查 当前状态 实质审查
申请号 CN202411414433.1 申请日 2024-10-11
公开(公告)号 CN119463312A 公开(公告)日 2025-02-18
申请人 芜湖佳先传动轴有限公司; 申请人类型 企业
发明人 郑建坤; 张震辉; 张涛; 孙兆阳; 第一发明人 郑建坤
权利人 芜湖佳先传动轴有限公司 权利人类型 企业
当前权利人 芜湖佳先传动轴有限公司 当前权利人类型 企业
省份 当前专利权人所在省份:安徽省 城市 当前专利权人所在城市:安徽省芜湖市
具体地址 当前专利权人所在详细地址:安徽省芜湖市湾沚区安徽新芜经济开发区中兴三路1288号 邮编 当前专利权人邮编:241000
主IPC国际分类 C08L7/00 所有IPC国际分类 C08L7/00C08L11/00C08L45/02C08K9/12C08K7/24C08K5/45C08K7/26C08K3/06C08J9/08
专利引用数量 0 专利被引用数量 0
专利权利要求数量 10 专利文献类型 A
专利代理机构 合肥正则元起专利代理事务所 专利代理人 张甜甜;
摘要 本 发明 公开了一种 传动轴 支撑 用 橡胶 材料及其制备方法,属于橡胶生产技术领域,橡胶材料以天然橡胶和氯丁橡胶并用胶为主胶料,并添加硫辛酸@ 氧 化锌、白 炭黑 、 增塑剂 、促进剂DM、硫黄、致孔剂和 软化 剂,经过塑炼、混炼和硫化工艺制备橡胶材料。其中,硫辛酸@氧化锌通过硫辛酸和氧化锌的协同作用促进橡胶材料的硫化,消除热氧化链式反应中的自由基终止热氧化反应,提高橡胶材料的耐老化性能和耐疲劳性能。并在橡胶材料的硫化阶段加入少量的致孔剂,在橡胶内部结构中形成微孔,保证橡胶材料 变形 率较低的同时提高减振能 力 。
权利要求

1.一种传动轴支撑橡胶材料,其特征在于,按重量份数计,包括以下组分:
天然橡胶70‑80份、氯丁橡胶20‑30份、硫辛酸@化锌10‑20份、白炭黑15‑25份、增塑剂
1‑3份、促进剂DM 2‑4份、硫黄1.5‑3.5份、致孔剂0.1‑0.3份、软化剂4‑6份。
2.根据权利要求1所述的一种传动轴支撑用橡胶材料,其特征在于,所述橡胶材料按重量份数计包括以下组分:天然橡胶75份、氯丁橡胶25份、硫辛酸@氧化锌10‑20份、白炭黑15份、增塑剂1份、促进剂DM 4份、硫黄3份、致孔剂0.1‑0.3份、软化剂4份。
3.根据权利要求1所述的一种传动轴支撑用橡胶材料,其特征在于,所述硫辛酸@氧化锌为负载硫辛酸的氧化锌,其中硫辛酸的负载量为6‑18wt%。
4.根据权利要求1所述的一种传动轴支撑用橡胶材料,其特征在于,所述硫辛酸@氧化锌的制备方法如下:
将硫辛酸溶于质量浓度40%的乙醇溶液中,再将介孔氧化锌加入溶液中搅拌混合均匀得到反应液,恒温60℃反应1h,反应完成后离心得到沉淀物,将沉淀物干燥后得到硫辛酸@氧化锌。
5.根据权利要求1所述的一种传动轴支撑用橡胶材料,其特征在于,所述致孔剂为酸氢盐类发泡剂。
6.根据权利要求1所述的一种传动轴支撑用橡胶材料,其特征在于,所述软化剂为古树脂
7.一种如权利要求1‑6任一项所述的传动轴支撑用橡胶材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)称取天然橡胶投入开炼机塑炼,再称取氯丁橡胶投入另一开炼机塑炼,分别形成天然橡胶母炼胶和氯丁橡胶母炼胶;
(2)将天然橡胶母炼胶和氯丁橡胶母炼胶停放8h,投入混炼机,加入白炭黑、增塑剂和软化剂,混炼15min后加入硫辛酸@氧化锌,继续混炼10min薄通5次,下片停放10h;
(3)停放后投入硫化机,加入硫黄、促进剂DM、软化剂和致孔剂,硫化后得到橡胶材料。
8.根据权利要求7所述的一种传动轴支撑用橡胶材料的制备方法,其特征在于,所述天然橡胶的塑炼温度为50℃,塑炼时间为3min,氯丁橡胶的塑炼温度为40℃,塑炼时间为
2min。
9.根据权利要求7所述的一种传动轴支撑用橡胶材料的制备方法,其特征在于,所述混炼机的混炼温度为80℃。
10.根据权利要求7所述的一种传动轴支撑用橡胶材料的制备方法,其特征在于,所述硫化机中的硫化分为两个阶段,第一阶段硫化温度为120℃,硫化时间为5min,第二阶段硫化温度为150℃,硫化时间为10min,模压为10MPa。

说明书全文

一种传动轴支撑橡胶材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于橡胶生产技术领域,具体涉及一种传动轴支撑用橡胶材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着汽车制造工艺的迅速发展,汽车乘坐舒适性越来越受到人们的重视,改善汽车乘坐舒适性的重要内容是解决好汽车N(噪声)、V(振动)、H(异响)的问题。传动轴由于结构、运动学和动学等方面的特征,不可避免地存在振动现象,影响汽车的乘用舒适性。相对于其他振源引起的振动,传动轴振动带来的影响并不显著,最初未引起研究人员的重视。但随着车速的不断提高以及轿车总质量的逐步减轻,传动轴振动问题日益变得突出,因此降低传动轴振动是解决汽车NVH问题的关键环节之一。
[0003] 安装橡胶支撑圈可以显著地改善传动轴NVH性能,提高汽车乘坐舒适性,是解决汽车NVH问题的有效手段,橡胶支撑圈一般具有三种作用:支承作用、减振作用和限位作用。长期使用中,橡胶支撑圈会出现开裂和脱落现象,主要原因是老化和疲劳,在高频振动过程中摩擦生热,加速橡胶材料的化,造成橡胶的老化开裂,另外橡胶承受长时间的传动轴机械振动的作用下,会发生结构或性能变化,发生疲劳破坏,裂纹逐渐扩大。此时如不即使更换橡胶支撑圈,将会造成传动轴的变形损坏,导致大幅度的振动和噪音。
[0004] 胶料配方是决定橡胶材料耐疲劳和耐老化性能的关键因素,天然橡胶由于耗损因子较小,优异的弹性、耐疲劳性、耐寒性和电绝缘性,加工性能好,被广泛用作传动轴支撑减振,但天然橡胶存在耐热氧化性能差的缺陷,容易老化变质,其使用寿命会极大地缩短。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种传动轴支撑用橡胶材料及其制备方法,提高橡胶材料的耐老化性能,延长使用寿命。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
[0007] 本发明提供一种传动轴支撑用橡胶材料,按重量份数计,包括以下组分:
[0008] 天然橡胶70‑80份、氯丁橡胶20‑30份、硫辛酸@氧化锌10‑20份、白炭黑15‑25份、增塑剂1‑3份、促进剂DM 2‑4份、硫黄1.5‑3.5份、致孔剂0.1‑0.3份、软化剂4‑6份。
[0009] 进一步地,所述橡胶材料按重量份数计包括以下组分:天然橡胶75份、氯丁橡胶25份、硫辛酸@氧化锌10‑20份、白炭黑15份、增塑剂1份、促进剂DM 4份、硫黄3份、致孔剂0.1‑0.3份、软化剂4份。
[0010] 致孔剂可通过吸热分解在橡胶材料内部形成微孔,微孔结构可有效避免橡胶材料振动过程中的应力集中造成的开裂,少量的致孔剂可避免橡胶材料中形成过多孔洞难以支撑传动轴,保证橡胶材料在振动过程中不造成形变,具备限位作用。
[0011] 进一步地,所述硫辛酸@氧化锌为硫辛酸修饰的氧化锌,其中硫辛酸的负载量为6‑18wt%;
[0012] 进一步地,所述硫辛酸@氧化锌的制备方法如下:
[0013] 将硫辛酸溶于质量浓度40%的乙醇溶液中,再将介孔氧化锌加入溶液中搅拌混合均匀得到反应液,恒温60℃反应1h,反应完成后离心得到沉淀物,将沉淀物干燥后得到硫辛酸修饰的氧化锌。
[0014] 硫辛酸侧链上含有羧基,通过羧基和氧化锌反应,使硫辛酸锚定在介孔氧化锌的微孔结构内,氧化锌可对硫辛酸形成保护。
[0015] 进一步地,所述致孔剂为酸氢盐类发泡剂。
[0016] 进一步地,所述软化剂为古树脂
[0017] 本发明还提供一种传动轴支撑用橡胶材料的制备方法,包括如下步骤:
[0018] (1)称取天然橡胶投入开炼机塑炼,再称取氯丁橡胶投入另一开炼机塑炼,分别形成天然橡胶母炼胶和氯丁橡胶母炼胶;
[0019] (2)将天然橡胶母炼胶和氯丁橡胶母炼胶停放8h,投入混炼机,加入白炭黑、增塑剂和软化剂,混炼15min后加入硫辛酸@氧化锌,继续混炼10min薄通5次,下片停放10h;
[0020] 硫辛酸@氧化锌中的硫辛酸具有双硫五环结构,可与橡胶中的部分双键作用,使橡胶分子链连接,促进硫化过程,硫原子数量越多,形成的多硫交联键越多,交联密度增大,可改善橡胶材料的耐疲劳性能,且双硫五环结构具有显著的亲电性和与自由基反应能力,可以清除自由基,在橡胶的热氧老化过程中可破坏氧化链式反应,抑制热氧老化。
[0021] (3)停放后投入硫化机,加入硫黄、促进剂DM、软化剂和致孔剂,硫化后得到橡胶材料。
[0022] 两种橡胶共混时,当二者内聚能相差较大时,岛相分子容易萎缩,紧抱成团,与海相分子存在明显的界面,天然橡胶和氯丁橡胶相容性较差,将两者分开塑炼成母炼胶后再进行混合可有效改善混合加工性能。
[0023] 进一步地,所述天然橡胶的塑炼温度为50℃,塑炼时间为3min,氯丁橡胶的塑炼温度为40℃,塑炼时间为2min。
[0024] 进一步地,所述混炼机的混炼温度为80℃。
[0025] 进一步地,所述硫化机中的硫化分为两个阶段,第一阶段硫化温度为120℃,硫化时间为5min,第二阶段硫化温度为150℃,硫化时间为10min,模压力为10MPa。
[0026] 本发明的有益效果:
[0027] (1)通过在橡胶材料中添加硫辛酸@氧化锌材料,硫辛酸分子通过化学作用锚定在介孔氧化锌微孔中,氧化锌对硫锌酸分子形成保护的同时,基于硫辛酸的双硫五环结构参与橡胶的交联,使氧化锌能够充分分散,氧化锌可进一步促进硫化,两者协同改善橡胶材料的耐疲劳性能;硫辛酸的双硫五环结构具有去除自由基的作用,可抑制橡胶的热氧化反应,且氧化锌可提高橡胶的热传导性能,有助于散热,降低热氧化反应速度,延长橡胶材料使用寿命。
[0028] (2)在橡胶材料中添加少量致孔剂,在橡胶材料内部形成部分微孔,小空腔结构有利于分散外界作用力,缓解振动的传递,避免支撑传动轴过程中剧烈振动造成的开裂。

具体实施方式

[0029] 下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0030] 实施例1
[0031] 本实施例提供一种传动轴支撑用橡胶材料,按重量份数计,包括以下组分:
[0032] 天然橡胶75份、氯丁橡胶25份、硫辛酸@氧化锌10份、白炭黑15份、芳油1份、促进剂DM 4份、硫黄3份、碳酸氢钠0.1份、古马隆树脂4份。
[0033] 制备硫辛酸@氧化锌:
[0034] 按照浓度0.5g/L将硫辛酸溶于质量浓度40%的乙醇溶液中,再将介孔氧化锌加入溶液中搅拌混合均匀得到反应液,反应液中介孔氧化锌的浓度为7.5g/L恒温60℃反应1h,反应完成后离心得到沉淀物,将沉淀物干燥后得到硫辛酸@氧化锌,其中硫辛酸的负载量为6wt%。
[0035] 制备橡胶材料:
[0036] (1)称取天然橡胶投入开炼机50℃下塑炼3min,再称取氯丁橡胶投入另一开炼机40℃下塑炼2min,分别形成天然橡胶母炼胶和氯丁橡胶母炼胶;
[0037] (2)将天然橡胶母炼胶和氯丁橡胶母炼胶停放8h,投入混炼机,设置混炼机温度为80℃,加入白炭黑、芳烃油和古马隆树脂,混炼15min后加入硫辛酸@氧化锌,继续混炼10min薄通5次,下片停放10h;
[0038] (3)停放后投入硫化机,加入硫黄、促进剂DM、软化剂和致孔剂,设置锁模压力为10MPa,硫化温度为120℃,硫化5min后调整硫化温度为150℃,继续硫化10min,硫化后得到橡胶材料。
[0039] 实施例2
[0040] 与实施例1不同之处在于,制备的硫辛酸@氧化锌中硫辛酸的负载量为15wt%,其他步骤同实施例1,制备硫辛酸@氧化锌的具体步骤如下:
[0041] 按照浓度1.5g/L将硫辛酸溶于质量浓度40%的乙醇溶液中,再将介孔氧化锌加入溶液中搅拌混合均匀得到反应液,反应液中介孔氧化锌的浓度为10.5g/L恒温60℃反应1h,反应完成后离心得到沉淀物,将沉淀物干燥后得到硫辛酸@氧化锌,其中硫辛酸的负载量为15wt%。
[0042] 实施例3
[0043] 与实施例1不同之处在于,制备的硫辛酸@氧化锌中硫辛酸的负载量为18wt%,其他步骤同实施例1,制备硫辛酸@氧化锌的具体步骤如下:
[0044] 按照浓度2.0g/L将硫辛酸溶于质量浓度40%的乙醇溶液中,再将介孔氧化锌加入溶液中搅拌混合均匀得到反应液,反应液中介孔氧化锌的浓度为11g/L恒温60℃反应1h,反应完成后离心得到沉淀物,将沉淀物干燥后得到硫辛酸@氧化锌,其中硫辛酸的负载量为18wt%。
[0045] 实施例4
[0046] 与实施例1不同之处在于,橡胶材料中硫辛酸@氧化锌的加入量为15份,其他步骤同实施例1。
[0047] 实施例5
[0048] 与实施例1不同之处在于,橡胶材料中硫辛酸@氧化锌的加入量为20份,其他步骤同实施例1。
[0049] 实施例6
[0050] 与实施例1不同之处在于,橡胶材料中碳酸氢钠的加入量为0.2份,其他步骤同实施例1。
[0051] 实施例7
[0052] 与实施例1不同之处在于,橡胶材料中碳酸氢钠的加入量为0.3份,其他步骤同实施例1。
[0053] 对比例1
[0054] 相比实施例1,本对比例提供的橡胶材料组分中以氧化锌替换硫辛酸@氧化锌,其他步骤同实施例1。
[0055] 对比例2
[0056] 相比实施例1,本对比例提供的橡胶材料组分中以硫辛酸替换硫辛酸@氧化锌,其他步骤同实施例1。
[0057] 对比例3
[0058] 相比实施例1,本对比例提供的橡胶材料组分中不包括硫辛酸@氧化锌,其他步骤同实施例1。
[0059] 对比例4
[0060] 相比实施例1,本对比例提供的橡胶材料组分中不包括碳酸氢钠,其他步骤同实施例1。
[0061] 对比例5
[0062] 相比实施例1,本对比例提供的橡胶材料组分中不包括硫辛酸@氧化锌和碳酸氢钠,其他步骤同实施例1。
[0063] 对实施例1‑实施例7和对比例1‑对比例5进行性能测试,结果如表1所示:
[0064] 抗动态疲劳性能检测参考《GB/T 1687.4‑2021硫化橡胶在屈挠试验中温升和耐疲劳性能的测定第4部分:恒应力屈挠试验》进行测试。
[0065] 耐老化性能检测参考《GB/T 3512‑2014硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》进行测试。
[0066] 压缩永久变形率检测参考《GB/T 7759.1‑2015硫化橡胶或热塑性橡胶压缩永久变形的测定第1部分:在常温及高温条件下》进行测试。
[0067] 耐臭氧性检测参考《GB/T 13642‑2015硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂动态拉伸试验》进行测试。
[0068] 表1
[0069]
[0070] 由表1可以看出,相比实施例1,实施例2和实施例3中增加硫辛酸@氧化锌中硫辛酸负载量,橡胶材料的抗疲劳性能和耐热氧老化性能提升,实施例3中由于硫辛酸负载过多,造成氧化锌和橡胶材料的接触面降低,无法更好地促进橡胶硫化。实施例4和实施例5在实施例1的基础上,增加橡胶材料中硫辛酸@氧化锌加入量,其整体性能得到较大提升;实施例6和实施例7中增加致孔剂加入量,实施例6中碳酸氢钠加入0.2份时,橡胶材料的综合性能较实施例7更好,实施例7中加入过多致孔剂橡胶材料的变形率会增加,不利于支撑传动轴。
对比例1‑对比例5相比实施例1的橡胶材料性能大幅度降低,特别是对比例5中不添加硫辛酸@氧化锌和碳酸氢钠后,橡胶材料的耐疲劳性能、抗老化性能和耐臭氧氧化性能均较差,不利于作为传动轴支撑材料的减振和防护作用,易老化开裂,使用寿命短。
[0071] 需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0072] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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