一种无人机减震降落用轮胎及其制备方法与流程
本发明涉及轮胎材料，具体涉及一种无人机减震降落用轮胎及其制备方法。
背景技术：
1、随着民用无人机产业在物流配送、航空测绘、电力巡检、应急救援等领域的快速推广应用，无人机的起降频次、承载重量与工况复杂度持续提升，对其降落系统核心部件轮胎的性能提出了愈发严苛的要求。与机动车轮胎相比，无人机轮胎具有尺寸小、壁厚薄、起降冲击载荷集中、反复屈挠频率高的工况特点，核心需求聚焦于优异的减震缓冲性能、突出的耐磨耐屈挠性能与轻量化特性。传统无人机轮胎多采用天然橡胶或聚氨酯实心胎结构，天然橡胶虽弹性优异、抗撕裂性好，但其在宽频动态载荷下的阻尼因子偏低，振动能量耗散能力不足，难以有效缓冲降落瞬间的冲击波，且纯胶体系耐磨性较差，在粗糙路面频繁起降后胎面磨损严重。聚氨酯弹性体虽具有较高的耐磨性和可调的硬度范围，但其阻尼温域较窄，在高温或高频工况下损耗因子急剧衰减，减震效果稳定性不佳。
2、为提升无人机轮胎的综合性能，现有技术多采用炭黑、白炭黑等传统填料实现基础补强，这类填料仅通过颗粒填充效应发挥作用，对磨耗裂纹的偏转与阻隔作用有限，且填料与橡胶基体的界面结合以物理吸附为主，化学键合强度低，易在交变应力作用下发生界面脱粘，形成裂纹扩展起点，最终导致胎面磨耗速率快、使用寿命短。碳纳米管、氧化石墨烯等纳米碳材料虽具备优异的力学性能与补强潜力，但直接添加时因表面能高极易发生团聚，在橡胶基体中分散性差，实际补强效率远低于理论值，甚至会因团聚体引入应力集中点，反而劣化耐疲劳性能。因此，亟需开发一种能够同步实现高减震阻尼、高耐磨性和优异抗疲劳性能的无人机轮胎材料体系。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种无人机减震降落用轮胎及其制备方法，解决以下技术问题：
2、现有的无人机减震降落用轮胎，存在减震效果差、不耐磨，以及使用寿命短的问题。
3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
4、一种无人机减震降落用轮胎，包括以下质量份原料：
5、天然橡胶60-80份；溶聚丁苯橡胶15-25份；顺丁橡胶5-15份；纳米氧化锌改性聚氨酯阻尼微粉15-30份；白炭黑15-28份；硫改性氧化石墨烯/硫化促进剂@碳纳米管杂化填料3-8份；活化剂3-6份；防老剂1.5-3份；硫化体系1.5-3份；硅烷偶联剂1-2份。
6、作为本发明的进一步方案：所述硫改性氧化石墨烯/硫化促进剂@碳纳米管杂化填料的制备方法至少包括如下步骤：
7、将氧化石墨烯分散至去离子水中，搅拌下加入硫代硫酸钠的水溶液，滴加盐酸反应，离心洗涤，并分散于去离子水中，获得硫改性氧化石墨烯的水分散液；
8、将碳纳米管分散至去离子水中，滴加γ-巯丙基三乙氧基硅烷的水解液搅拌反应后，滴加所述硫改性氧化石墨烯的水分散液搅拌反应，再滴加硫化促进剂的乙醇溶液搅拌反应，抽滤、洗涤、冷冻干燥后，获得硫改性氧化石墨烯/硫化促进剂@碳纳米管杂化填料。
9、作为本发明的进一步方案：所述硫代硫酸钠和所述氧化石墨烯的质量比为7-8：1，且所述硫改性氧化石墨烯的水分散液的浓度为0.4-0.6wt%。
10、作为本发明的进一步方案：所述γ-巯丙基三乙氧基硅烷、所述碳纳米管、所述硫改性氧化石墨烯和所述硫化促进剂的质量比为0.5-1:10-15:1:0.8-1.2，且所述硫化促进剂为n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、二硫化二苯并噻唑或二硫化四甲基秋兰姆中的至少一种。
11、作为本发明的进一步方案：所述纳米氧化锌改性聚氨酯阻尼微粉的制备方法至少包括如下步骤：
12、将聚醚二元醇脱水，通入氮气，加入熔融的二苯基甲烷二异氰酸酯和二月桂酸二丁基锡，反应后真空脱泡，获得端异氰酸酯基聚氨酯预聚体；
13、将三羟甲基丙烷单丙烯基醚、纳米氧化锌和丁二酸酐加入所述端异氰酸酯基聚氨酯预聚体中搅拌，固化后低温脆化，粉碎过筛，获得纳米氧化锌改性聚氨酯阻尼微粉。
14、作为本发明的进一步方案：所述聚醚二元醇和所述二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为10：2-4，所述聚醚二元醇为聚四亚甲基醚二元醇、聚四氢呋喃醚二醇或聚丙二醇中的至少一种。
15、作为本发明的进一步方案：所述三羟甲基丙烷单丙烯基醚、所述纳米氧化锌、所述丁二酸酐和所述端异氰酸酯基聚氨酯预聚体的质量比为5-8：2-6：3-9：100。
16、作为本发明的进一步方案：所述活化剂为硬脂酸、硬脂酸锌或氧化锌中的至少一种，所述防老剂为防老剂4020、防老剂rd、防老剂ble或微晶蜡中的至少一种，所述硫化体系为硫磺和硫化促进剂的复配体系，所述硅烷偶联剂为si69、si75、kh-580或kh-590中的至少一种。
17、一种如上述任意一项所述的无人机减震降落用轮胎的制备方法，至少包括以下制备步骤：
18、将硫改性氧化石墨烯/硫化促进剂@碳纳米管杂化填料和白炭黑分散于去离子水中，搅拌下加入天然胶乳中混合，加入氯化钙溶液，絮凝后经去离子水浸泡20-30h，于70-80℃干燥18-24h后，获得填料母胶；
19、将所述填料母胶、溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶加入密炼机中，于90-110℃塑炼，再加入纳米氧化锌改性聚氨酯阻尼微粉、防老剂、硅烷偶联剂和活化剂混炼后排胶，获得混炼胶；
20、将所述混炼胶加入开炼机中，于50-70℃下加入硫化体系打三角包、薄通后，下片，室温停放20-30h后，获得终炼胶；
21、将所述终炼胶加入模具中，于145-155℃、12-18mpa下硫化成型，脱模，获得无人机减震降落用轮胎。
22、本发明的有益效果：
23、本发明提供的无人机减震降落用轮胎，将天然橡胶、溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶复配为基体，搭配纳米氧化锌改性聚氨酯阻尼微粉、硫改性氧化石墨烯/硫化促进剂@碳纳米管杂化填料与白炭黑形成复合改性体系，实现了轮胎在无人机高频冲击降落工况下减震、耐磨和抗疲劳性能的同步提升。其中，纳米氧化锌改性聚氨酯阻尼微粉提供粘弹性阻尼层，白炭黑提供骨架补强和耐磨支撑，硫改性氧化石墨烯/硫化促进剂@碳纳米管杂化填料在两者之间构建化学界面桥梁，形成梯度结构，有效解决了传统轮胎材料阻尼与耐磨难以兼顾的矛盾。本发明制备得到的无人机轮胎兼具优异的减震缓冲性能、耐磨耐屈挠性能与抗疲劳寿命，可广泛应用于物流配送、电力巡检、航空测绘、应急救援等领域的中小型无人机降落系统。
24、本发明中制备的纳米氧化锌改性聚氨酯阻尼微粉，通过纳米氧化锌与丁二酸酐在聚氨酯预聚体中原位反应生成羧酸锌盐，在聚氨酯硬段微区构建了动态离子交联网络。在降落冲击的交变应力作用下通过配位键的可逆断裂与重构耗散大量冲击能量，显著提升材料的阻尼损耗因子与缓冲减震效果，有效削弱硬着陆对机身精密元器件的冲击损伤。同时，三羟甲基丙烷单丙烯基醚作为交联剂一方面与预聚体反应构建聚氨酯共价交联网络，另一方面在微粉表面引入活性丙烯基双键，硫化过程中可与橡胶基体发生共交联反应，大幅提升阻尼微粉与橡胶相的界面结合力。微粉化的交联结构可抑制聚氨酯组分的宏观相分离与迁移析出，保证减震性能长期稳定，可在砂石、草地等复杂地形降落场景下持续发挥缓冲作用。
25、本发明中制备的硫改性氧化石墨烯/硫化促进剂@碳纳米管杂化填料，通过巯基硅烷共价桥接构建一维碳纳米管与二维氧化石墨烯的多级搭接结构，一方面可通过片层阻隔效应偏转、分叉磨耗裂纹，配合白炭黑的填充补强作用显著提升胎面耐磨性能，另一方面表面负载的硫化促进剂可在硫化过程中缓释，在填料周边形成梯度交联结构，有效强化填料与橡胶基体的界面结合，降低界面应力集中。在硫化过程中，氧化石墨烯片层表面键连的促进剂与活性硫直接参与橡胶交联，使氧化石墨烯片层以化学键方式接入交联网络，大幅提升界面结合强度，减少动态载荷下的界面滑移生热，提升耐磨性。碳纳米管连接相邻氧化石墨烯片层，形成三维导热-承载网络，及时导出摩擦热，并阻碍裂纹扩展。且氧化石墨烯片层的阻隔效应与碳纳米管的纤维拔出效应协同耗能，进一步提升材料在宽频范围内的阻尼性能。