定向排列短纤维复合橡胶鞋底防滑材料及其制备方法

摘要

本发明公开了一种定向排列短纤维复合橡胶鞋底防滑材料及其制备方法。该材料由以生胶、补强剂和助剂为原料制得的混炼胶和短纤维制成。该材料中的短纤维具有一定的取向度，可以和各类鞋底材料组合成型，从而提高鞋底在各个界面（冰面、钢板、瓷砖、玻璃等）的防滑性能，尤其是防湿滑性能；可将该材料用于对防滑性能要求较高的鞋底中去，从而改善成鞋的防滑性能，减少因滑倒而产生的摔伤事件发生。

权利要求

1.一种短纤维复合橡胶材料，由以生胶、补强剂和助剂为原料制得的混炼胶和短纤维制成；所述短纤维为碳纤维和玻璃纤维的混合物；其中，所述碳纤维和玻璃纤维的质量比为0.3～0.8：1；

所述短纤维的长度均为5-10mm，直径均为10-20μm；

所述短纤维与混炼胶的质量比为0.05～0.15：1。

2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述生胶由天然橡胶和顺丁橡胶共混而成；

所述补强剂为炭黑N220；

所述助剂由机油、橡胶促进剂、防老剂、分散剂和硫磺组成；

其中，所述促进剂选自橡胶促进剂DM、橡胶促进剂CZ和橡胶促进剂D中的至少一种；

所述防老剂选自防老剂4010、防老剂RD和防老剂MB中的至少一种；

所述分散剂为分散剂FS-12；

所述生胶、补强剂和助剂的质量份数分别如下所示：天然橡胶：70～90；

顺丁橡胶：10～30；

炭黑N220：20～30；

机油：5～8；

促进剂DM：1～2；

促进剂CZ：0.5～1；

促进剂D：0.5～0.8；

防老剂4010：1～1.5；

防老剂RD：0.5～0.8；

防老剂MB：0.2～0.5；

分散剂FS-12：1～3；

硫磺：1～2。

3.根据权利要求1所述的材料，其特征在于：所述混炼胶按照包括如下步骤的方法制得：a)将所述生胶于双辊开炼机上捏炼4～8min后，得到包辊胶；

b)将辊距调至8～10mm，将步骤a)所得包辊胶再投入步骤a)所用双辊开炼机中压炼

1～2min后再加入所述补强剂、机油、促进剂、防老剂和分散剂，加完后混炼3～5min，再加入硫磺，加完后混炼2～5min后，将辊距调整至2mm，反复薄通、打三角包3～4次后，调整辊距为10mm出片，自然冷却至室温停放8h，得到所述混炼胶。

4.根据权利要求1-3任一所述的材料，其特征在于：所述材料的邵尔A硬度为50～60。

5.一种制备权利要求1-4任一所述短纤维复合橡胶材料的方法，包括如下步骤：

1)将所述由生胶、补强剂和助剂为原料制得的混炼胶进行混炼，同时按照配比加入所述短纤维，待短纤维加完后继续混炼后出片，得到混炼胶片；

2)将步骤1)所得混炼胶片沿压延方向冲裁成形得到成型胶片后，将若干层所述成型胶片进行模压硫化，自然冷却后得到所述短纤维复合橡胶材料。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤1)混炼步骤中，辊距为2～

5mm；

所述出片步骤中，辊距为5mm。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：所述步骤2)中，冲裁成形步骤中，冲裁后的形状为长方形，且长边方向与混炼胶的压延方向垂直；

所述长方形的尺寸具体为：长度为20cm，宽度为10cm；

所述叠放步骤中，成型胶片叠放的层数为15-20；

所述硫化步骤中，合模压力为100±5t，模具温度为165±5℃，硫化时间为35-50min。

8.权利要求1-4任一所述短纤维复合橡胶材料在制备鞋底防滑材料或防滑鞋底中的应用。

9.含有权利要求1-4任一所述短纤维复合橡胶材料的鞋底防滑材料或鞋底。

说明书

定向排列短纤维复合橡胶鞋底防滑材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于橡胶、制鞋领域，涉及一种定向排列短纤维复合橡胶鞋底防滑材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 防滑性能是鞋子最基本的性能之一，鞋子良好的防滑性能是保证穿鞋者安全性的必要条件。特殊场合特殊任务穿用的鞋子，如厨房用鞋、户外登山鞋、冬季寒区保暖用鞋等更是要求鞋底的防滑性能突出。对于部队等执行特殊任务的群体而言，鞋子的防滑性能也十分重要。良好的防滑性能既可以保证军事战术动作的完成，同时也可以避免战士滑倒摔伤的危险。若战士穿着不断打滑的军鞋可能会造成战术动作的变形或身体重心的偏离而滑倒摔伤，造成非战斗减员。尤其在军舰甲板、高原山地、冬季冰面等环境对鞋子的防滑性能要求更高。当前情况下，鞋子干态情况下的防滑性能基本能够满足鞋子防滑安全的需要，但很多鞋子湿态界面上的防滑性能却下降严重。如何保持鞋底湿态下的防滑性能是当前需要解决的问题。中国专利CN102850611A公开一种以EVA、丁苯橡胶为基料，添加玻璃纤维颗粒，利用双螺杆挤出机熔融接枝获得防滑鞋底，虽然对于改善鞋底防滑性能有一定作用，但该材料的低温性能不佳，在低温条件下其防滑性能大大下降，而且该专利中没有表述其湿态情况下的防滑效果；中国专利CN102816360A公开了一种通过添加大量玻璃纤维实现了鞋底冰面防滑效果，但该专利对于湿冰上的防滑性能没有阐述，更没有研究纤维定向排列对防滑性能的影响。同时，大量的玻璃纤维加入会降低鞋底的干态防滑性能和耐磨性能。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种定向排列短纤维复合橡胶鞋底防滑材料及其制备方法。

[0004] 本发明提供的短纤维复合橡胶材料，由以生胶、补强剂和助剂为原料制得的混炼胶和短纤维制成。

[0005] 所述短纤维为碳纤维和玻璃纤维的混合物；其中，所述碳纤维和玻璃纤维的质量比为0.3～0.8：1，具体为0.5:1；

[0006] 所述短纤维和玻璃纤维的长度均为5-10mm，直径均为10-20μm；

[0007] 所述短纤维与混炼胶的质量比为0.05～0.15：1，具体为0.05:1、0.1:1或0.05～0.1:1。

[0008] 所述生胶由天然橡胶和顺丁橡胶共混而成；所述生胶具体可按如下方法制得：将天然橡胶和顺丁橡胶于开炼机上利用双棍开炼机的剪切力捏炼5min后使其形成光滑的包辊胶。

[0009] 所述补强剂为炭黑N220；

[0010] 所述助剂由机油、促进剂、防老剂、分散剂和硫磺组成；其中，所述促进剂选自促进剂DM、促进剂CZ和促进剂D中的至少一种；所述防老剂选自防老剂4010、防老剂RD和防老剂MB中的至少一种；所述分散剂具体为分散剂FS-12。

[0011] 所述生胶、补强剂和助剂的质量份数分别如下所示：

[0012] 天然橡胶：70～90；

[0013] 顺丁橡胶：10～30；

[0014] 炭黑N220：20～30；

[0015] 机油：5～8；

[0016] 促进剂DM：1～2；

[0017] 促进剂CZ：0.5～1；

[0018] 促进剂D：0.5～0.8；

[0019] 防老剂4010：1～1.5；

[0020] 防老剂RD：0.5～0.8；

[0021] 防老剂MB：0.2～0.5；

[0022] 分散剂FS-12：1～3；

[0023] 硫磺：1～2；

[0024] 所述生胶、补强剂和助剂的质量份数具体如下所示：

[0025] 天然橡胶：80；

[0026] 顺丁橡胶：20；

[0027] 炭黑N220：30；

[0028] 机油：5；

[0029] 促进剂DM：1.5；

[0030] 促进剂CZ：1；

[0031] 促进剂D：0.5；

[0032] 防老剂4010：1；

[0033] 防老剂RD：0.5；

[0034] 防老剂MB：0.5；

[0035] 分散剂FS-12：1.5；

[0036] 硫磺：2；

[0037] 或者，

[0038] 所述生胶、补强剂和助剂的质量份数具体如下所示：

[0039] 天然橡胶：90；

[0040] 顺丁橡胶：10；

[0041] 炭黑N220：25；

[0042] 机油：5；

[0043] 促进剂DM：1.5；

[0044] 促进剂CZ：1；

[0045] 促进剂D：0.5；

[0046] 防老剂4010：1；

[0047] 防老剂RD：0.5；

[0048] 防老剂MB：0.5；

[0049] 分散剂FS-12：2；

[0050] 硫磺：2.5；

[0051] 或者，

[0052] 所述生胶、补强剂和助剂的质量份数具体如下所示：

[0053] 天然橡胶：80；

[0054] 顺丁橡胶：20；

[0055] 炭黑N220：20；

[0056] 机油：5；

[0057] 促进剂DM：1.5；

[0058] 促进剂CZ：1；

[0059] 促进剂D：0.5；

[0060] 防老剂4010：1；

[0061] 防老剂RD：0.5；

[0062] 防老剂MB：0.5；

[0063] 分散剂FS-12：3；

[0064] 硫磺：2；

[0065] 所述步骤1）混炼步骤中，辊距为2-5mm；

[0066] 所述出片步骤中，辊距为5mm；

[0067] 所述步骤1）中，混炼胶按照包括如下步骤的方法制得：

[0068] a）将所述生胶于双辊开炼机上捏炼4～8min后，得到包辊胶；

[0069] b）将辊距调至8～10mm，将步骤a）所得包辊胶再投入步骤a）所用双辊开炼机中压炼1～2min后再加入所述补强剂、机油、促进剂、防老剂和分散剂，加完后混炼3～5min，再加入硫磺，加完后混炼2～5min后，将辊距调整至2mm，反复薄通、打三角包3～4次后，调整辊距为10mm出片，自然冷却至室温停放8h，得到所述混炼胶。

[0070] 上述材料中，短纤维在所述材料中为定向排列；

[0071] 所述材料的邵尔A硬度为50～60。

[0072] 本发明提供的制备短纤维复合橡胶材料的方法，包括如下步骤：

[0073] 1）将所述由生胶、补强剂和助剂为原料制得的混炼胶进行混炼，同时按照配比加入所述短纤维，待短纤维加完后继续混炼后出片，得到混炼胶片；

[0074] 2）将步骤1）所得混炼胶片沿压延方向冲裁成形得到成型胶片后，将若干层所述成型胶片进行模压硫化，自然冷却后得到所述短纤维复合橡胶材料。

[0075] 上述方法所述步骤1）混炼步骤中，辊距为2～5mm；

[0076] 所述整个添加短纤维步骤中，均不打三角包、不薄通；

[0077] 所述出片步骤中，辊距为5mm。

[0078] 所述步骤2）冲裁成形步骤中，冲裁后的形状为长方形，且长边方向与压延方向垂直；

[0079] 所述长方形的尺寸具体为：长度为20cm，宽度为10cm；

[0080] 所述叠放步骤中，成型胶片叠放的层数为15～20；

[0081] 所述硫化步骤中，合模压力为100±5t，模具温度为165±5℃，硫化时间为35～50min。

[0082] 另外，上述本发明提供的短纤维复合橡胶材料在制备鞋底防滑材料或鞋底中的应用及含有所述短纤维复合橡胶材料的鞋底防滑材料或鞋底，也属于本发明的保护范围。

[0083] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：

[0084] 1）本发明利用玻璃纤维、碳纤维的协同作用，利用双辊开炼机的压延效应实现短纤维在橡胶基体内的定向排列，从而在添加少量短纤维的情况下就可以大大改善鞋底的防滑性能；

[0085] 2）本发明制备的防滑材料耐磨性能好，确保了鞋底的耐穿性能；

[0086] 3）本发明制备的防滑鞋底材料在各类界面（瓷砖、钢板、玻璃、冰面）上具备优异的干态、湿态摩擦系数。

[0087] 4）本发明制备的防滑材料用于对防滑性能要求较高的鞋底中去，从而改进成鞋的防滑性能，减少因滑倒而产生的摔伤事件发生。

附图说明

[0088] 图1是本发明定向排列短纤维复合橡胶材料的制备过程中，冲裁后的单层橡胶片的示意图。

[0089] 图2是本发明定向排列短纤维复合橡胶材料的制备过程中，多层冲裁后的橡胶片叠放的示意图。

[0090] 图3是实施例1所得断面具有定向排列短纤维复合材料的扫描电镜图。

具体实施方式

[0091] 下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

[0092] 下述实施例所用分散剂FS-12均购自宜兴东昌化工有限公司。所述phr的含义均为质量份。

[0093] 下述实施例所用碳纤维和玻璃纤维的长度均为5mm，直径均为20μm。

[0094] 实施例1、

[0095] 1）首先制备混炼胶：

[0096] a）将80phr天然橡胶和20phr顺丁橡胶于开炼机上利用双棍开炼机的剪切力进行捏炼5min，使其形成光滑的包辊胶后将胶料割下备用。

[0097] b）放宽辊距至8～10mm，将步骤a）所得包辊胶投入辊距压炼1min，然后将30phr炭黑N220、5phr机油、1.5phr促进剂DM、1phr促进剂CZ、0.5phr促进剂D、1phr防老剂4010、0.5phr防老剂RD、0.5phr防老剂MB和1.5phr分散剂FS-12加入，待小料完全投入后再混炼3～5min，再加入2phr硫磺，待完全加入后继续混炼2min；将辊距调整至2mm，反复薄通、打三角包3～4次，调整辊距为10mm出片，冷却至室温20℃停放8h，得到混炼胶；

[0098] 再制备混炼胶片：

[0099] 将辊距调整至2mm后，将所得混炼胶置于双辊开炼机上进行混炼，同时加入占混炼胶质量5%的碳纤维和占混炼胶质量10%的玻璃纤维，待短纤维完全添加后继续混炼2min，整个短纤维添加及混炼过程中不打三角包、不薄通，然后将辊距调整为5mm后出片，得到混炼胶片；

[0100] 2）将步骤1）所得混炼胶片用裁刀沿压延方向进行冲裁，得到尺寸为20cm×10cm（其长边方向与压延方向垂直）的长方形成型胶片，如图1所示；

[0101] 再将20层所得冲裁后的胶片一致紧密的叠放在一起（如图2所示），放入模具中，于165±5℃进行模压硫化，合模压力为100±5t，硫化时间为40±5min，开模，室温自然冷却并停放24h，利用剖刀沿着与纤维压延方向垂直的方向剖片，剖片厚度为2mm，得到本发明提供的短纤维复合橡胶材料，也即防滑鞋底复合材料。该材料的断面扫描电镜如图3所示。由图可知，该复合橡胶材料中，短纤维均呈定向排列。

[0102] 该材料的物理性能如表1。

[0103] 由表可知，该材料的拉伸性能充分满足军鞋对橡胶鞋底性能的要求，其阿克隆磨3 3
耗为0.23cm，低于军标中的0.4cm，材料具有较好的耐磨性能。虽然军鞋标准中暂没有要求其防滑性能，但国际上普遍认为摩擦系数大于0.4意味该材料具备较好的防滑性能。本实施例中在各类界面湿滑状态下的摩擦系数都大于0.4，说明该材料具备较好的防滑性能。

[0104] 实施例2

[0105] 1）首先制备混炼胶：

[0106] a）将90phr天然橡胶和10phr顺丁橡胶于开炼机上利用双棍开炼机的剪切力捏炼5min后，使其形成光滑的包辊胶后将胶料割下备用。

[0107] b）放宽辊距至8～10mm，将步骤a）所得包辊胶投入辊距压炼1min，然后将25phr炭黑N220、5phr机油、1.5phr促进剂DM、1phr促进剂CZ、0.5phr促进剂D、1phr防老剂4010、0.5phr防老剂RD、0.5phr防老剂MB和2phr分散剂FS-12加入，待小料完全投入后再混炼3～5min，再加入2.5phr硫磺，待完全加入后继续混炼2min；将辊距调整至2mm，反复薄通、打三角包3～4次，调整辊距为10mm出片，冷却至室温20℃停放8h，得到混炼胶；

[0108] 再制备混炼胶片：

[0109] 将辊距调整至2mm后，将所得混炼胶置于双辊开炼机上进行混炼，同时加入占混炼胶质量4%的碳纤维和占混炼胶质量5%的玻璃纤维，待短纤维完全添加后继续混炼2min，整个短纤维添加及混炼过程中不打三角包、不薄通，然后将辊距调整为5mm后出片，得到混炼胶片；

[0110] 2）同实施例1步骤2）。

[0111] 该材料的物理性能如表1。

[0112] 由表可知，该材料的拉伸强度和伸长率充分满足军鞋对橡胶性能的要求，其阿克3 3
隆磨耗为0.22cm，低于军标中的0.4cm，材料具有较好的耐磨性能。本实施例中在各类界面湿滑状态下的摩擦系数都大于0.4，说明该材料具备较好的防滑性能。

[0113] 实施例3

[0114] 1）首先制备混炼胶：

[0115] a）将80phr天然橡胶和20phr顺丁橡胶于开炼机上利用双棍开炼机的剪切力捏炼5min后，使其形成光滑的包辊胶后将胶料割下备用。

[0116] b）放宽辊距至8～10mm，将步骤a）所得包辊胶投入辊距压炼1min，然后将20phr炭黑N220、5phr机油、1.5phr促进剂DM、1phr促进剂CZ、0.5phr促进剂D、1phr防老剂4010、0.5phr防老剂RD、0.5phr防老剂MB和3phr分散剂FS-12加入，待小料完全投入后再混炼3～5min，再加入2phr硫磺，待完全加入后继续混炼2min；将辊距调整至2mm，反复薄通、打三角包3～4次，调整辊距为10mm出片，冷却至室温20℃停放8h，得到混炼胶；

[0117] 再制备混炼胶片：

[0118] 将辊距调整至2mm后，将所得混炼胶置于双辊开炼机上进行混炼，同时加入占混炼胶质量6%的碳纤维和占混炼胶质量9%的玻璃纤维，待短纤维完全添加后继续混炼2min，整个短纤维添加及混炼过程中不打三角包、不薄通，然后将辊距调整为5mm后出片，得到混炼胶片；

[0119] 2）同实施例1步骤2）。

[0120] 该材料的物理性能如表1。

[0121] 由表可知，该材料的拉伸性能充分满足军鞋对橡胶鞋底性能的要求，其阿克隆磨3 3
耗为0.25cm，低于军标中的0.4cm，材料具有较好的耐磨性能。本实施例中在各类界面湿滑状态下的摩擦系数都大于0.4，说明该材料具备较好的防滑性能。

[0122] 表1、防滑鞋底材料物理性能表

[0123]