[發明專利]一種含氧化石墨烯橡膠復合材料的制作方法

在審

• 申請號: 201310381777.2
• 申請日: 2013-08-29
• 公開（公告）號: CN103408854A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 王慧;殷麗
• 申請（專利權）人: 滁州旭中化工有限公司
• 主分類號: C08L23/34
• 分類號: C08L23/34;C08L31/04;C08L15/00;C08K13/06;C08K9/00;C08K3/04;C08K5/11;C08K3/22;C08K5/09;C08K5/39;C08K5/40;C08K3/06;C08J3/22
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技術領域

本發明涉及一種含氧化石墨烯橡膠復合材料的制作方法。

背景技術

子午線輪胎的應力最大區域是胎肩和胎圈區，尤其在超載比較嚴重時，胎圈除承受著內壓應力、制動力矩、側滑和離心力以及輪輞過盈力等，還由于胎體簾線子午排列，簾布層數少，胎體柔軟，致使輪胎在行駛過程中一直處于反復曲撓狀態之中，在這樣的應力狀態下，鋼絲圈胎圈受力很大，使得胎體簾布端點部位容易產生脫離。由于胎側柔軟，在行駛時尤其是高速行駛時會增加不穩定性，因此胎圈部位必須大大增強。三角形狀芯膠(簡稱三角膠)是胎圈部位重要的部件，位于鋼絲圈上端，起著填充、定位、承受應力的作用，不但對改善子午線輪胎側向剛性分布起重要作用，同時與胎側區剛柔過渡要均勻和屈撓性好。三角膠的性能要求是：良好的剛性(高硬度、高模量)、耐老化性能、擠出性能、表面粘著性能、適當的半成品挺性。

高用量炭黑與高用量硫磺配合仍然是三角膠制備領域的主流方法，然而高用量的炭黑和硫磺用量雖然可以有效地提高三角膠的彈性模量，但也會明顯提高材料的損耗角正切值，這樣在汽車行駛過程中，三角膠容易發熱，其熱疲勞會嚴重影響輪胎的耐久性，減少輪胎的使用壽命。另外，太高用量的炭黑分散困難，膠料的加工粘度高，擠出性能差，即使這樣，單獨使用炭黑提高橡膠模量的程度也有限，無法滿足輪胎三角膠所必須的更高模量和硬度的要求。

石墨是一種常見的納米填料，具有類似黏土的片層結構，在剝離的狀態下擁有非常高的形狀系數，石墨是比強度最高的材料之一。使用石墨填充橡膠制備復合材料可明顯提高硬度與模量。中國專利申請“輪胎三角膠用橡膠納米復合材料”(申請號201210212113.9)中使用膨脹石墨與硬質炭黑并用填充到橡膠基體中制備出高硬度、高模量的橡膠復合材料。但是，由于膨脹石墨的剝離程度不夠，而且膨脹石墨在橡膠基體中的分散以及與基體的界面粘合較差，使得在膨脹石墨填充份數較多的情況下復合材料模量與硬度提高程度仍然有限。

發明內容

本發明設計了一種含氧化石墨烯橡膠復合材料的制作方法，其解決的技術問題是現有輪胎三角膠用橡膠納米復合材料中由于膨脹石墨的剝離程度不夠，而且膨脹石墨在橡膠基體中的分散以及與基體的界面粘合較差，使得在膨脹石墨填充份數較多的情況下復合材料模量與硬度提高程度仍然有限。

為了解決上述存在的技術問題，本發明采用了以下方案：

一種含氧化石墨烯橡膠復合材料，其特征在于：其原料組分的質量配比為：100份氯磺化聚乙烯，10-15份乙烯-醋酸乙烯酯橡膠(EVM)，20-25份氫化丁腈橡膠(HNBR)，氧化石墨烯0.5—5份，平均粒徑為15—25nm的硬質炭黑30—70份，癸二酸二辛酯(D0S)1—10份，氧化鋅3—6份，硬脂酸3—6份，N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鎳0.5—4份，六硫化雙五甲撐秋蘭姆1—4份，PbO0.5—4份以及不溶性硫磺1—6份。

進一步，氧化石墨烯的片層厚度1—2nm，寬度100—500nm。

進一步，乙烯-醋酸乙烯酯橡膠(EVM)中醋酸乙烯酯質量分數為60％一68％。

進一步，氫化丁腈橡膠(HNBR)中丙烯腈的質量分數為20—22％。

硬質炭黑選用如下牌號的產品：N115、N220、N234、N330或N375，平均粒徑在11—30nm之間，補強效果好。

一種含氧化石墨烯橡膠復合材料的制作方法：依次包括下列步驟：

步驟1、將氧化石墨烯粉末分散在去離子水中水中，質量濃度為0.1—0.4mg/mL，使用功率為500—1000W的超聲波超聲30—60min，得到氧化石墨烯的水懸浮體系；

步驟2、將氯磺化聚乙烯加入到步驟1得到氧化石墨烯的水懸浮體系中形成乳液共混后繼續進行超聲波處理20min，依次經絮凝、洗滌和干燥，最終制得母膠；

步驟3、將步驟2中制得的母膠與乙烯—醋酸乙烯酯橡膠(EVM)、氫化丁腈橡膠(HNBR)、氧化石墨烯改性劑、活化劑氧化鋅與硬脂酸的混合物、防老劑N，N-二丁基二硫代氨基甲酸鎳、硬質炭黑、增塑劑癸二酸二辛酯(DOS)、硫化促進劑六硫化雙五甲撐秋蘭姆、硫化劑PbO以及不溶性硫磺混合，混煉均勻，經硫化得到輪胎三角膠用橡膠復合材料。

進一步，步驟2中的絮凝可以采用將膠乳與氧化石墨烯混合物加入到0.5～1.5wt％CaCl₂水溶液中進行。