[發(fā)明專利]多壁碳納米管改性航空輪胎橡膠材料的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201610038086.6
• 申請日: 2016-01-21
• 公開（公告）號: CN105482175A
• 公開（公告）日: 2016-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許軍;李雙鑫;李鈺;吳瑤;栗建鋼
• 申請（專利權(quán)）人: 中國民航大學(xué)
• 主分類號: C08L7/00
• 分類號: C08L7/00;C08L9/00;C08L7/02;C08K13/06;C08K9/04;C08K7/24;C08K3/22;C08K5/09;C08K3/04;B60C1/00
• 代理公司: 天津才智專利商標(biāo)代理有限公司 12108
• 代理人: 龐學(xué)欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空輪胎材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多壁碳納米管改性航空輪胎橡膠 材料的制備方法。

技術(shù)背景

航空輪胎在飛機(jī)起飛和著陸的滑跑過程中需要承受高速度、高負(fù)荷與高沖擊的作用，因 此其所用輪胎橡膠材料必須具有較大的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度、較低的生熱和優(yōu)異 的耐磨性。飛機(jī)在空中飛行與空氣摩擦產(chǎn)生的靜電會(huì)積聚于機(jī)體，這種靜電在著陸時(shí)必須迅 速消除，以確保機(jī)載電子設(shè)備、油箱油路和乘客的安全，為防止放電現(xiàn)象發(fā)生，航空輪胎橡 膠材料必須具備導(dǎo)靜電性能，其表面電阻小于5×10⁴Ω。隨著航空技術(shù)的發(fā)展，對輪胎性能也 提出了更高要求。據(jù)美國聯(lián)邦航空航天局的適航標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，高速輪胎最大地面速度在321～361 km/h。在高原地區(qū)，飛機(jī)起飛和著陸速度超過400km/h且滑行距離加長。在熱帶地區(qū)和高溫 氣候下，較高的環(huán)境溫度使輪胎的內(nèi)部生熱難以排出，導(dǎo)致輪胎材料溫度高達(dá)100℃以上， 輪胎過熱時(shí)性能將急劇下降，輕則輪胎嚴(yán)重磨損，重則產(chǎn)生暴胎事故。

炭黑是航空輪胎橡膠材料體系中傳統(tǒng)的補(bǔ)強(qiáng)劑，通常每100重量份的橡膠中需要加入50 重量份左右的炭黑。用炭黑補(bǔ)強(qiáng)橡膠，可提高拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度和耐磨性，但也伴 隨蠕變速率高、壓縮或拉伸永久變形變大、滯后損失大、動(dòng)態(tài)生熱高等問題。同時(shí)，炭黑來 自于石油化工產(chǎn)品，其加工和使用過程有毒，并且傳統(tǒng)的航空輪胎制造過程使用了大量炭黑， 炭黑會(huì)漂浮在空氣中并散落于周圍環(huán)境，從而造成嚴(yán)重的空氣與環(huán)境污染。

隨著現(xiàn)代航空技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，傳統(tǒng)炭黑補(bǔ)強(qiáng)已不能滿足人們對輪胎 橡膠材料各項(xiàng)優(yōu)異性能集于一身的需求。新型納米碳材料和傳統(tǒng)炭黑并用，開啟了新型航空 輪胎材料的未來。碳納米管是由一層或多層石墨片組成的中空碳籠管，直徑為納米級、長度 為微米級，其強(qiáng)度和韌性高于其他纖維，具有超強(qiáng)的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、強(qiáng)度、模量、熱穩(wěn)定性、 耐磨性和質(zhì)輕性。與單壁碳納米管相比，多壁碳納米管生產(chǎn)成本低，基于多壁碳納米管的先 進(jìn)復(fù)合材料更貼近生產(chǎn)實(shí)際并容易滿足產(chǎn)業(yè)化要求。多壁碳納米管有望成為橡膠材料補(bǔ)強(qiáng)， 提高導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨性、力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的理想填料。然而由于碳納米管相互纏結(jié)、 聚集難于分散，其表面惰性與橡膠粘結(jié)性差，這些都會(huì)阻礙多壁碳納米管/橡膠復(fù)合材料的發(fā) 展與應(yīng)用。國內(nèi)外學(xué)者對多壁碳納米管/橡膠復(fù)合材料的研究表明，使多壁碳納米管在橡膠基 體中均勻分散并形成良好的界面粘結(jié)是獲得理想復(fù)合材料的關(guān)鍵。

到目前為止，尚未發(fā)現(xiàn)將多壁碳納米管應(yīng)用于航空輪胎橡膠材料體系，發(fā)揮多壁碳納米 管和炭黑的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，使航空輪胎橡膠材料獲得較高的力學(xué)性能、導(dǎo)靜電性能、導(dǎo)熱性 和耐磨性，同時(shí)通過減少炭黑用量，降低輪胎橡膠材料動(dòng)態(tài)生熱和制備過程環(huán)境污染等方面 的內(nèi)容見諸報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多壁碳納米管改性航空輪胎橡膠材料的 制備方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的多壁碳納米管改性航空輪胎橡膠材料的制備方法包括 順序進(jìn)行的下列步驟：

(1)將陰離子表面活性劑溶解在30～35℃的蒸餾水中，攪拌0.5小時(shí)后加入表面帶有羧 基的多壁碳納米管，于30～35℃下攪拌和超聲1小時(shí)，得到穩(wěn)定的懸浮液；

(2)將天然橡膠乳液加入到步驟(1)所得懸浮液中，于30～35℃下攪拌和超聲1小時(shí)， 使多壁碳納米管分散在天然橡膠乳液中而形成共混乳液，然后用破乳劑使上述共混乳液絮凝 沉淀，經(jīng)減壓過濾并于60℃下真空干燥12小時(shí)后，得到由多壁碳納米管和天然橡膠組成的 母膠；

(3)在步驟(2)所得的母膠中依次加入偶聯(lián)劑、橡膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、炭 黑、橡膠操作油、促進(jìn)劑、硫黃于50℃下混煉，每加入一種上述組分混煉5～10分鐘，所有 組分單獨(dú)加入，得到混煉膠，然后將混煉膠于室溫下放置12～24小時(shí)后放入模具，在143℃ 下硫化30～40分鐘后得到所述的多壁碳納米管改性航空輪胎橡膠材料。

在步驟(1)中，所述的陰離子表面活性劑選自十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉中的 一種。

在步驟(1)中，所述的表面帶有羧基的多壁碳納米管與陰離子表面活性劑的用量比為 10g:1～1.5g；表面帶有羧基的多壁碳納米管與蒸餾水的用量比為1g:200g。

在步驟(2)中，所述的破乳劑選自甲酸水溶液和硫酸水溶液中的一種。