CN110256743A - 轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶 - Google Patents

轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶 Download PDF

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Abstract

本发明涉及橡胶技术领域，尤其是一种轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶。一种轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其原料按照成分主要包括合成橡胶、石墨烯改性天然橡胶、填料和硫化体系，具体包括：石墨烯改性天然橡胶10‑20份，丁苯橡胶40‑50份，氢化丁腈橡胶15‑25份，氧化锌2‑3份，硬脂酸2‑5份，硬质炭黑30‑40份，石蜡油1‑2份，氮化铝5‑10份，硅灰石粉10‑15份，方解石粉10‑15份，增塑剂癸二酸二辛酯2‑6份，防老剂MB 1‑2份，防老剂264 0.2‑1份，甲基丙烯酸盐0.8‑1.5份，过氧化二异丙苯0.3‑0.5份，促进剂CZ 0.6‑1份，促进剂DM 1‑1.2份，硫磺粉0.4‑0.6份。本发明的轮胎用石墨烯基橡胶具有优异的抗静电和耐磨性能。

Description

轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，尤其是一种轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶。
背景技术
橡胶，自从被人类认识使用以来，其应用范围日益扩大，几乎贯穿于人类的各行各业，给人类带来了极大的方便，橡胶因其有很强的弹性和良好的绝缘性、可塑性、隔水隔气、抗拉和耐磨等特点，广泛地应用于工业、农业、国防、交通、运输、机械制造、医药卫生领域和日常生活等方面。目前，我国汽车工业迅猛发展，与之密切关联的汽车轮胎业随之产量急增。随着科学技术的发展，人们对轮胎的性能提出了更高的要求。轮胎经常在复杂和苛刻的条件下使用，他在行驶时承受着各种变形、负荷力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能，同时还要求具备高耐磨性。而现有轮胎往往耐磨性能仍然不足，且易老化，缩短了轮胎的使用寿命。另外，绝缘橡胶容易造成静电积累，影响轮胎的耐磨耐热性能，甚至可能造成车体的燃烧。
离子液体作为一种新型“绿色”溶剂，具有无蒸汽压、离子电导率高、热稳定性和化学稳定性好等优点。离子液体已经被应用于电化学、催化剂、复合材料合成和物质分离等领域。石墨烯，只有一个碳原子厚度的二维材料，既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，而且也具有优异的导电性能。离子液体可以很好地改善石墨烯在复合材料的分散性，减少界面电阻。同时离子液体可以作为增塑剂来改善复合材料的力学性能，增加复合材料的导电性能。离子液体修饰石墨烯在橡胶聚合物中有很好的相容性，少量的添加石墨烯就可以显著提高橡胶的耐磨耐热性能。因此，将离子液体修饰石墨烯材料应用到橡胶领域，具有广阔的前景。
中国专利申请“一种氧化石墨烯橡胶复合材料”（申请号201310381784.2）采用氧化石墨烯和橡胶材料复合，虽然能很好地解决石墨、膨胀石墨的剥离程度不够的问题，但是氧化石墨烯自身的导热导电性能较差。
发明内容
为了克服现有的橡胶存在的不足，本发明提供了一种轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，组成成分及其质量百分比为：合成橡胶25-55%；石墨烯改性天然橡胶5-15%，填料30-70%，硫化体系1-3%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，合成橡胶包括丁苯橡胶和氢化丁腈橡胶，其中按照质量份数包括丁苯橡胶40-50份，氢化丁腈橡胶15-25份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，石墨烯改性天然橡胶是使用天然橡胶与石墨烯经超声混合、絮凝、洗涤和干燥制得，其中按照质量份数天然橡胶乳液90.0-99.9份，石墨烯粉体0.1-10份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，石墨烯改性天然橡胶中的石墨烯是离子液体修饰石墨烯的混合物，是直接将石墨烯加入到离子液体中超声搅拌半小时，其中离子液体选用的是咪唑类、吡啶类、季铵盐和季磷盐离子液体的一种或多种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，石墨烯改性天然橡胶中的石墨烯包括1-5层的薄层石墨烯厚度为0.4-3nm或者10-20的石墨烯纳米片，厚度为4-8nm，中的一种或两种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，石墨烯改性天然橡胶中，离子液体与石墨烯的质量比是0.2-5:1，离子液体修饰石墨烯占天然橡胶乳液的质量分数为0.5-5wt%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，填料按照质量份数包括氧化锌2-3份，硬脂酸2-5份，硬质炭黑30-40份，石蜡油1-2份，氮化铝5-10份，硅灰石粉10-15份，方解石粉10-15份，增塑剂癸二酸二辛酯2-6份，防老剂MB 1-2份，264防老剂0.2-1份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，硬质炭黑选用如下牌号的产品：N115，N220，N234，N330，N375，平均粒径在10-30nm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，硫化体系采用的是过氧化物和硫黄的双硫化体系，其中按照质量份数包括甲基丙烯酸盐0.8-1.5份，过氧化二异丙苯0.3-0.5份，促进剂CZ 0.6-1份，促进剂DM 1-1.2份，硫磺粉0.4-0.6份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，甲基丙烯酸盐选用的是甲基丙烯酸锌、甲基丙烯酸镁、甲基丙烯酸铝中的一种或多种。
本发明的有益效果是，这种轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，石墨烯的片层粒径小，呈现褶皱状态，离子液体与石墨烯之间存在正离子-π、π-π共轭和范德华相互作用力，所以离子液体能够包覆在石墨烯表面，起到物理改性作用。离子液体可以作为一种很好的相容剂，改善了石墨烯与橡胶的相容性。
另外，石墨烯是一种强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。而且石墨烯和离子液体都有很好的导电性能，从而提高橡胶的抗静电耐磨性能。
甲基丙烯酸盐，它们在过氧化物的硫化体系中，能够发生自聚反应和接枝反应，形成复杂的共价交联网络和例子交联网络，从而对橡胶的力学性能及其网络结构产生重大影响。采用过氧化二异丙苯和硫黄的双硫化体系，提高硫化体系中橡胶的交联效率和交联密度，进而很大程度地提高材料的力学性能。
而且，在本发明中，丁苯橡胶耐磨、耐热及耐老化性能好，天然橡胶与其他物料的相容性及粘结性能好，气密性能优异，氢化丁腈橡胶减震性、低渗透性、耐老化性能优异，采用氢化丁腈橡胶与丁苯橡胶、环氧化天然橡胶为主料，综合了各种橡胶的优异性能，提高本发明的耐磨性能又保证加工工艺的顺畅，而且以合成橡胶为主，可以降低原材料成本；钛酸酯偶联剂除了偶联作用，同时起到分散机、湿润剂和粘合剂的作用，采用增塑剂DCHP和钛酸酯偶联剂混合，使偶联剂可以在后续加工过程中均匀的包覆在填充补强剂，有效的避免发生不必要的副反应。氧化锌、硬脂酸、硬质炭黑、石蜡油、氮化铝、硅灰石粉和方解石粉作为填充补强剂，大幅提高轮胎的耐磨抗撕裂性能和耐热性能。
具体实施方式
一种轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，组成成分及其质量百分比为：合成橡胶25-55%；石墨烯改性天然橡胶5-15%，填料30-70%，硫化体系1-3%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，合成橡胶包括丁苯橡胶和氢化丁腈橡胶，其中按照质量份数包括丁苯橡胶40-50份，氢化丁腈橡胶15-25份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，石墨烯改性天然橡胶是使用天然橡胶与石墨烯经超声混合、絮凝、洗涤和干燥制得，其中按照质量份数天然橡胶乳液90.0-99.9份，石墨烯0.1-10份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，石墨烯改性天然橡胶中的石墨烯是离子液体修饰石墨烯的混合物，是直接将石墨烯加入到离子液体中超声搅拌半小时，其中离子液体选用的是咪唑类、吡啶类、季铵盐和季磷盐离子液体的一种或多种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，石墨烯改性天然橡胶中的石墨烯包括1-5层的薄层石墨烯，厚度为0.4-3nm或者10-20的石墨烯纳米片，厚度为4-8nm，中的一种或两种。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，石墨烯改性天然橡胶中，离子液体与石墨烯的质量比是0.2-5:1，离子液体修饰石墨烯占天然橡胶乳液的质量分数为0.5-5wt%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，填料按照质量份数包括氧化锌2-3份，硬脂酸2-5份，硬质炭黑30-40份，石蜡油1-2份，氮化铝5-10份，硅灰石粉10-15份，方解石粉10-15份，增塑剂癸二酸二辛酯2-6份，防老剂MB 1-2份，264防老剂0.2-1份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，硬质炭黑选用如下牌号的产品：N115，N220，N234，N330，N375，平均粒径在10-30nm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，硫化体系采用的是过氧化物和硫黄的双硫化体系，其中按照质量份数包括甲基丙烯酸盐0.8-1.5份，过氧化二异丙苯0.3-0.5份，促进剂CZ 0.6-1份，促进剂DM 1-1.2份，硫磺粉0.4-0.6份。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括，甲基丙烯酸盐选用的是甲基丙烯酸锌、甲基丙烯酸镁、甲基丙烯酸铝中的一种或多种。
一．下面通过实施例对本发明做进一步详细说明，这些实施例仅用来说明本发明。并不限制本发明的范围。
实施例1：
改性天然橡胶10份，丁苯橡胶40份，氢化丁腈橡胶15-25份，氧化锌2份，硬脂酸2份，硬质炭黑30份，石蜡油1份，氮化铝5份，硅灰石粉10份，方解石粉10份，增塑剂癸二酸二辛酯2份，防老剂MB 1份，防老剂264 0.2份，甲基丙烯酸盐0.8份，过氧化二异丙苯0.3份，促进剂CZ 0.6份，促进剂DM 1份，硫磺粉0.4份
实施例2：
改性天然橡胶20份，丁苯橡胶50份，氢化丁腈橡胶25份，氧化锌3份，硬脂酸5份，硬质炭黑40份，石蜡油2份，氮化铝10份，硅灰石粉15份，方解石粉15份，增塑剂癸二酸二辛酯6份，防老剂MB 2份，防老剂264 1份，甲基丙烯酸盐1.5份，过氧化二异丙苯0.5份，促进剂CZ 1份，促进剂DM 1.2份，硫磺粉0.6份。
实施例3：
改性天然橡胶15份，丁苯橡胶45份，氢化丁腈橡胶20份，氧化锌3份，硬脂酸3份，硬质炭黑35份，石蜡油2份，氮化铝8份，硅灰石粉12份，方解石粉12份，增塑剂癸二酸二辛酯4份，防老剂MB 2份，防老剂264 0.5份，甲基丙烯酸盐1份，过氧化二异丙苯0.4份，促进剂CZ 0.8份，促进剂DM 1.1份，硫磺粉0.5份。
实施例4：
改性天然橡胶15份，丁苯橡胶50份，氢化丁腈橡胶20份，氧化锌2.5份，硬脂酸4份，硬质炭黑40份，石蜡油1.5份，氮化铝9份，硅灰石粉14份，方解石粉14份，增塑剂癸二酸二辛酯5份，防老剂MB 2份，防老剂264 0.8份，甲基丙烯酸盐1.2份，过氧化二异丙苯0.5份，促进剂CZ 1份，促进剂DM 1.2份，硫磺粉0.5份。
二．性能测试
（1）导电性能测试
采用平板硫化仪对混炼胶进行硫化，硫化温度151℃。利用高阻仪对复合材料的体积电阻率进行测试，测试电压为100 V。
（2）耐磨性能测试
采用阿克隆磨耗机测定硫化橡胶的耐磨性能。橡胶与砂轮成15°倾斜角和受到2.72kg的压力下，橡胶与砂轮磨耗1.61km时橡胶所磨损的体积。
（3）测试结果见下表
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，组成成分及其质量百分比为：合成橡胶25-55%；石墨烯改性天然橡胶5-15%，填料30-70%，硫化体系1-3%。
2.根据权利要求1所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，合成橡胶包括丁苯橡胶和氢化丁腈橡胶，其中按照质量份数包括丁苯橡胶40-50份，氢化丁腈橡胶15-25份。
3.根据权利要求1所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，石墨烯改性天然橡胶是使用天然橡胶与石墨烯粉体经超声混合、絮凝、洗涤和干燥制得，其中按照质量份数天然橡胶乳液90.0-99.9份，石墨烯粉体0.1-10份。
4.根据权利要求1所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，石墨烯改性天然橡胶中的石墨烯是离子液体修饰石墨烯的混合物，是直接将石墨烯加入到离子液体中超声搅拌半小时，其中离子液体选用的是咪唑类、吡啶类、季铵盐和季磷盐离子液体的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，石墨烯改性天然橡胶中的石墨烯包括1-5层的薄层石墨烯，厚度为0.4-3nm或者10-20的石墨烯纳米片，厚度为4-8nm中的一种或两种。
6.根据权利要求4所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，石墨烯改性天然橡胶中，离子液体与石墨烯的质量比是0.2-5:1，离子液体修饰石墨烯占天然橡胶乳液的质量分数为0.5-5wt%。
7.根据权利要求1所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，填料按照质量份数包括氧化锌2-3份，硬脂酸2-5份，硬质炭黑30-40份，石蜡油1-2份，氮化铝5-10份，硅灰石粉10-15份，方解石粉10-15份，增塑剂癸二酸二辛酯2-6份，防老剂MB 1-2份，264防老剂0.2-1份。
8.根据权利要求7所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，硬质炭黑选用如下牌号的产品：N115，N220，N234，N330，N375，平均粒径在10-30nm。
9.根据权利要求1所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，硫化体系采用的是过氧化物和硫黄的双硫化体系，其中按照质量份数包括甲基丙烯酸盐0.8-1.5份，过氧化二异丙苯0.3-0.5份，促进剂CZ 0.6-1份，促进剂DM 1-1.2份，硫磺粉0.4-0.6份。
10.根据权利要求9所述的轮胎用抗静电、耐磨石墨烯基橡胶，其特征是，甲基丙烯酸盐选用的是甲基丙烯酸锌、甲基丙烯酸镁、甲基丙烯酸铝中的一种或多种。
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