[发明专利]抗剪复合橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种用于柔性接头的抗剪复合橡胶及其制备方法。

背景技术

柔性接头是固体火箭发动机柔性喷管的执行部件，其利用金属的刚性和弹性件的超弹性以实现喷管的可动部分与固定部分间的密封，在喷管中起到运动、密封、载荷传递和推力向量控制的重要作用。柔性接头由若干同心环状球体的弹性件和金属件相互交替地粘接在一起。柔性接头的弹性件采用天然橡胶类材料制作，柔性接头的弹性力矩与弹性件材料的剪切模量成正比，因此需要选用剪切模量尽量低的材料，要求具有抗剪、高弹性能和与金属热硫化良好粘合的性能。

一般天然橡胶类材料与金属热硫化粘合后的剪切强度在0.8～2.2MPa，10％形变弹性模量≤2MPa，固体火箭发动机喷管用柔性接头的工作环境要求橡胶类材料与金属热硫化粘合后的剪切强度≥4.5MPa，10％形变弹性模量≥2MPa。现有天然橡胶特性不满足柔性接头使用要求，存在粘接剪切强度不高的缺点。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术存在的缺点，研制出一种与金属粘合性能优良、10％形变弹性模量高的抗剪复合橡胶材料及其制备方法。该橡胶具有高弹性能，且与金属热硫化粘接能获得高的剪切强度，同时，其制备方法操作简单，可适用于大规模生产。

为实现上述发明目的，本发明的抗剪复合橡胶由天然橡胶为主体，加入配合剂制备而成，其中，所述天然橡胶按质量为100重量份计时，所述配合剂包括：质量为2～2.5重量份的橡胶粘合剂RS、质量为0.6～0.9重量份的硬脂酸、质量为1.2～1.6重量份的月桂酸、质量为3.2～4重量份的氧化锌、质量为0.28～0.8重量份的二硫化四甲基秋兰姆、质量为1.8～2.0重量份的2-（4-吗啉基硫醇基）苯并噻唑、质量为2～3重量份的N-苯基-α-萘胺、质量为1.5～2.0重量份的N-环已基-N′-苯基对苯二胺、质量为10～12重量份的气相白炭黑、质量为6～9重量份的高定伸半补强炉黑、质量为2.5～3重量份的医用凡士林、质量为1.5～2重量份的六甲氧基甲基蜜胺和质量为0.65～0.85重量份的硫磺。

进一步地，所述天然橡胶按质量为100重量份计时，所述配合剂包括：质量为2～2.3重量份的橡胶粘合剂RS、质量为0.7～0.9重量份的硬脂酸、质量为1.2～1.5重量份的月桂酸、质量为3.2～3.8重量份的氧化锌、质量为0.28～0.6重量份的二硫化四甲基秋兰姆、质量为1.8～2.0重量份的2-（4-吗啉基硫醇基）苯并噻唑、质量为2～2.5重量份N-苯基-α-萘胺、质量为1.5～1.8重量份的N-环已基-N′-苯基对苯二胺、质量为10～12重量份的气相白炭黑、质量为6～8重量份的高定伸半补强炉黑、质量为2.5～2.8重量份的医用凡士林、质量为1.5～1.8重量份的六甲氧基甲基蜜胺和质量为0.65～0.8重量份的硫磺。

本发明抗剪复合橡胶的制备方法，包括以下步骤：

1）按照上述配比准备主要材料天然橡胶和配合剂各组分；然后将天然橡胶破胶后在开炼机上进行塑炼；

2）向塑炼胶中依次加橡胶粘合剂RS、硬脂酸、月桂酸、氧化锌、二硫化四甲基秋兰姆、2-（4-吗啉基硫醇基）苯并噻唑、N-苯基-α-萘胺、N-环已基-N′-苯基对苯二胺、气相白炭黑、高定伸半补强炉黑，在开炼机上进行混炼均匀；

3）向混炼胶中依次加入医用凡士林、六甲氧基甲基蜜胺、硫磺进行混炼并压延出片。

进一步地，所述步骤1）中，塑炼时开炼机辊温为30～45℃。

进一步地，所述步骤2）、步骤3）中，混炼时开炼机辊温为40～50℃。本发明的抗剪复合橡胶，采用天然橡胶为主体材料，天然橡胶具有良好的弹性，但没有粘合性能，加入配合剂后能有效提高橡胶制品的粘合性能和10％形变弹性模量。

配合剂中的橡胶粘合剂RS能增进橡胶的粘合性能，增塑剂硬脂酸、月桂酸使橡胶料软化便于加工，能将橡胶分子分开，从而降低其玻璃化转变温度、未硫化胶熔融粘度和硫化胶硬度，在混炼初期加入。

配合剂中的活性剂氧化锌同二硫化四甲基秋兰姆、2-（4-吗啉基硫醇基）苯并噻唑配合使用增加促进剂的活性，减少促进剂用量和缩短橡胶硫化时间，需同硫化剂分开投料，以免发生焦烧。

配合剂中的防老剂N-苯基-α-萘胺、N-环已基-N′-苯基对苯二胺，有防止胶凝的作用，一般分散快，常在混炼初期较前顺序中加入。

气相白碳黑（SiO₂）为补强填充剂，用量较大，能改善橡胶的力学性能，与软化剂医用凡士林、粘合剂六甲氧基甲基蜜胺分开投料，以防炭黑结团。