本發明涉及制備工業膠輥用橡膠材料，具體公開了一種高強耐酸復合橡膠材料及其制備方法和應用。
背景技術：
1、膠輥是以金屬或其他材料為芯材，外覆橡膠經硫化而制成的輥狀制品，主要應用于造紙工業、印染行業、紡織行業、印刷行業、冶金工業、包裝機械以及塑料加工等領域。其中，膠輥的外覆橡膠直接決定了膠輥的性能和應用場景，且隨著現代工業的飛速發展，對于橡膠材料的要求也越來越高。
2、膠輥在工業生產中常接觸各類酸性介質，如冶金行業酸洗機組中的硝酸-氫氟酸混合液（濃度可達20%）、印刷行業的酸性潤版液（ph值3.5-5.5）等。若膠輥不耐酸會導致表面腐蝕產生砂眼、凹坑，不僅影響產品傳輸質量，更會因金屬輥芯暴露引發設備故障。
3、由于氯磺化聚乙烯彈性體的耐酸性和耐磨性優良，因此，現有常用的耐酸膠輥包覆橡膠材料多為氯磺化聚乙烯彈性體。但是，氯磺化聚乙烯彈性體的制備過程中會產生四氯化碳污染或鉛污染，不利于環境保護。并且，氯磺化聚乙烯彈性體的門尼粘度較高且拉伸強度較低，在制備膠輥時容易出現難以擠出或纏繞不均勻的情況，影響膠輥的使用壽命。
4、基于此，研發一種耐酸性能優異，拉伸強度高且門尼粘度低的橡膠材料對于工業膠輥用橡膠材料的發展具有重要的實用意義。
技術實現思路
1、針對現有技術中工業膠輥用橡膠材料存在耐酸性差、門尼粘度高且拉伸強度低的問題，本發明提供了一種高強耐酸復合橡膠材料及其制備方法和應用。所述高強耐酸復合橡膠材料的原料組分包括第一橡膠基體、第二橡膠基體、無機填料、抗氧化劑、促進劑、助交聯劑、硫化劑和硫化助劑；其中，所述第一橡膠基體包括四丙氟橡膠、氟橡膠、納米二氧化鈦和聚氨酯；所述第二橡膠基體包括三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和納米硼纖維；所述無機填料包括炭黑和納米硫酸鋇。本發明提供的復合橡膠材料具有較高的拉伸強度、優異的耐酸性能以及較低的門尼粘度，有效彌補了現有技術的不足。
2、為了達到上述發明目的，本發明提供了如下的技術方案：
3、本發明第一方面提供了一種高強耐酸復合橡膠材料，所述高強耐酸復合橡膠材料包括如下質量份數的原料組分：第一橡膠基體40-50份、第二橡膠基體30-45份、無機填料5-10份、抗氧化劑1-5份、促進劑1-5份、助交聯劑1-5份、硫化劑1-5份和硫化助劑1-3份；
4、其中，所述第一橡膠基體包括四丙氟橡膠、氟橡膠、納米二氧化鈦和聚氨酯；
5、所述第二橡膠基體包括三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和納米硼纖維；
6、所述無機填料包括炭黑和納米硫酸鋇。
7、相比于現有技術，本發明提供的高強耐酸復合橡膠材料包括兩種橡膠基體；其中，第一橡膠基體包括四丙氟橡膠、氟橡膠、納米二氧化鈦和聚氨酯，四丙氟橡膠的分子結構中含有氟原子和丙基等基團，這些基團的存在使得四丙氟橡膠分子具有較高的化學穩定性；且由于氟原子的強電負性和丙基的空間位阻效應，二者共同作用大大降低了酸性物質與橡膠分子的反應幾率，從而提高了橡膠材料的耐酸性能。氟橡膠分子結構中存在大量的c-f鍵，較高的鍵能使c-f鍵非常穩定，從而保證了氟橡膠具有很強的穩定性，使其不易被酸性物質腐蝕。納米二氧化鈦具有小尺寸效應和高比表面積的特點，當其均勻分散在橡膠基體中時，能夠與橡膠分子產生較強的相互作用，形成有效的物理交聯點，這些交聯點可以均勻地傳遞應力，阻止橡膠裂紋的擴展，從而顯著提高橡膠材料的拉伸強度。同時，納米二氧化鈦可以填充橡膠分子之間的空隙，形成致密的結構，阻止化學物質的侵入，從而提高橡膠材料的耐化學腐蝕性。聚氨酯的加入可以有效改善橡膠材料的流動性，降低橡膠的門尼粘度，使之在混煉成型等加工過程中更容易流動和操作，不僅提高了加工效率，還能減少能耗。
8、乙烯-丙烯酸酯橡膠是由乙烯和丙烯酸酯單體共聚而成的彈性體，其分子結構中丙烯酸酯基團屬于極性基團，極性基團可以與酸性介質中的離子產生相互作用，如形成氫鍵或發生離子偶極作用，這種相互作用可以在橡膠材料表面形成一種類似保護膜的結構，阻止酸性物質進一步滲透到橡膠內部，從而減少酸性物質與橡膠分子的直接接觸，降低了橡膠被酸腐蝕的可能性。納米硼纖維具有較高的強度和模量，可以有效地承擔外部施加的應力，并將應力傳遞到纖維上，從而減少橡膠分子鏈的直接受力，避免其過早斷裂，這使得橡膠材料在拉伸過程中能夠承受更大的拉力，顯著提高橡膠材料的拉伸強度。
9、炭黑可以改善橡膠的加工性能，它能夠降低橡膠的黏度，提高橡膠的流動性，使得橡膠在加工過程中更容易與其他配合劑混合均勻，并且能夠更順暢地通過模具，提高生產效率和產品質量。納米硫酸鋇具有較小的粒徑和較大的比表面積，它可以與橡膠分子形成較強的界面結合力，起到增強和增韌的作用，提高橡膠的力學性能，如拉伸強度和斷裂伸長率。
10、本發明以第一橡膠基體、第二橡膠基體和無機填料為主要原料，輔以抗氧化劑、促進劑、助交聯劑、硫化劑和硫化助劑，制備了一種流動性好、拉伸強度高且具有優異耐酸腐蝕性能的復合橡膠材料，有效解決了現有技術中工業膠輥所用的橡膠材料存在耐酸性差、門尼粘度高且拉伸強度低的問題，為工業膠輥用橡膠材料提供了新的設計思路。
11、優選的，所述第一橡膠基體包括如下質量百分含量的原料組分：35%-50%的四丙氟橡膠、10%-15%的氟橡膠、10%-15%的納米二氧化鈦和余量的聚氨酯。
12、進一步優選的，所述納米二氧化鈦的粒徑為50-100nm。
13、優選的，所述第二橡膠基體中三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和納米硼纖維的質量比為1:1:0.3-1:1:0.5。
14、優選的，所述無機填料為質量比1:0.2-1:0.4的炭黑和納米硫酸鋇。
15、進一步優選的，所述納米硼纖維的長度為80-120nm，彈性模量為200-400gpa。
16、進一步優選的，所述炭黑的粒徑為10-20μm。
17、進一步優選的，所述納米硫酸鋇的粒徑為50-100nm。
18、優選的，所述抗氧化劑為n-苯基-β-萘胺、n,n'-二苯基對苯二胺、n-異丙基-n'-苯基對苯二胺或n-（1,3-二甲基丁基）-n'-苯基對苯二胺中的任意一種或兩種。
19、橡膠材料在使用過程中會發生氧化反應，產生大量的自由基，這些自由基會引發橡膠分子鏈的斷裂和交聯反應，從而導致橡膠性能變差，抗氧化劑可以將其捕獲并轉化為相對穩定的物質，從而中斷自由基鏈反應的進行，有效延緩了橡膠材料的老化進程。
20、優選的，所述促進劑為2-巰基苯并噻唑、二硫化二苯并噻唑、二硫化四甲基秋蘭姆或二硫化四乙基秋蘭姆中的任意一種或多種。
21、促進劑的加入有助于形成更加均勻、致密的交聯網絡結構，減少復合橡膠材料內部的空隙和缺陷，使橡膠材料可以有效阻擋酸性分子的侵入，進而提高橡膠材料的耐酸性能。并且，促進劑還可以輔助改善橡膠的拉伸性能和化學穩定性，保證橡膠材料的質量均勻性。
22、優選的，所述助交聯劑為間亞苯基雙馬來酰亞胺。
23、在橡膠硫化過程中，助交聯劑可以與橡膠分子鏈上的活性位點發生反應，形成更多的交聯點，使橡膠材料的交聯網絡更加致密。并且，助交聯劑還可以使填料更容易在橡膠中均勻分散，避免因填料團聚而導致的材料性能下降。
24、優選的，所述硫化劑為硫磺。
25、優選的，所述硫化助劑為硬脂酸。
26、本發明第二方面提供了所述的高強耐酸復合橡膠材料的制備方法，包括如下步驟：
27、步驟一、按照設計配比稱取四丙氟橡膠、氟橡膠、納米二氧化鈦和聚氨酯，先將四丙氟橡膠和氟橡膠混合均勻，進行一次密煉，得混合膠料；向所述混合膠料中加入納米二氧化鈦和聚氨酯，二次密煉，排膠，得第一橡膠基體；
28、步驟二、按照設計配比稱取三元乙丙橡膠、乙烯-丙烯酸酯橡膠和納米硼纖維，先將三元乙丙橡膠和乙烯-丙烯酸酯橡膠混合均勻，進行一次密煉，再加入所述納米硼纖維進行二次密煉，排膠，得第二橡膠基體；
29、步驟三、按照設計配比稱取第一橡膠基體、第二橡膠基體、無機填料、抗氧化劑、促進劑、助交聯劑、硫化劑和硫化助劑；將所述第一橡膠基體、第二橡膠基體和無機填料混合均勻，進行捏煉，得混合橡膠料；向所述混合橡膠料中加入除促進劑和助交聯劑之外的剩余組分，進行密煉，當膠料溫度降至60-70℃時，加入促進劑和助交聯劑，混煉均勻，排膠，得高強耐酸復合橡膠材料。
30、優選的，步驟一中，所述一次密煉的溫度為120-140℃，一次密煉的時間為3-5min。
31、優選的，步驟一中，所述二次密煉的溫度為125-135℃，二次密煉的時間為2-4min。
32、優選的，步驟一中，所述排膠的溫度為110-115℃。
33、優選的，步驟二中，所述一次密煉的溫度為130-150℃；一次密煉的時間為4-6min。
34、優選的，步驟二中，所述二次密煉的溫度為135-140℃，二次密煉的時間為3-4min。
35、優選的，步驟二中，所述排膠的溫度為105-110℃。
36、優選的，步驟三中，所述捏煉的溫度為140-150℃，捏煉的時間為2-4min。
37、優選的，步驟三中，所述密煉的溫度為135-145℃，密煉的時間為1-3min。
38、優選的，步驟三中，所述混煉的溫度為120-130℃，混煉的時間為1-3min。
39、優選的，步驟三中，所述排膠的溫度為100-110℃。
40、本發明第三方面提供了所述高強耐酸復合橡膠材料或利用所述的高強耐酸復合橡膠材料的制備方法制備得到的高強耐酸復合橡膠材料在制備工業膠輥中的應用。
41、綜上所述，本發明提供的高強耐酸復合橡膠材料具有較高的拉伸強度、優異的耐酸性能以及較低的門尼粘度。利用本發明提供的技術方案有效解決了現有技術中工業膠輥用橡膠材料存在的拉伸強度低、耐酸性差且門尼粘度高的問題，為工業膠輥用橡膠材料的發展開拓了新的設計思路。