一种轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料及其混合方法

1.本发明涉及橡胶复合材料技术领域，具体地说，涉及一种轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料及其混合方法。


背景技术：

2.轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与地面接触，和汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，同时承受着汽车的重量，在汽车上的作用越来越受到人们的重视。传统的轮胎胎面是橡胶材料，橡胶材料具有动态性能好，弹性优良，行驶过程中生热低，乘坐舒适等优点。
3.石墨烯是目前世界上研究最多的一种新型碳纳米材料，具有世界上最薄最轻的单层碳原子片状结构，超具有大的比表面积、超强的硬度、柔韧性、超高的导热性及导电性。
4.一般硬度较高的耐磨性差，硬度较低的耐磨性好，因此为了生产出具有高硬度和高耐磨性的轮胎台面，需要一种轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料来改善现有技术的不足。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料及其混合方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，一方面，本发明提供一种轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料，包括以下重量份的原料组成：基体橡胶材料80-110份、改性石墨烯材料20-30份、硫化剂2-9份和促流剂1-5份，其余为有机溶剂；
7.所述改性石墨烯材料至少包括以下重量份原料：石墨烯粉末20-30份、聚氯乙烯粉末15-20份、醋酸乙烯1-3份和滑石粉5-9份，其余为n,n-二甲基酰胺溶液和水，通过石墨烯共混聚氯乙烯进行物理改性，增加了石墨烯材料的机械性能，通过石墨烯将聚氯乙烯特性带入至基体橡胶材料中共混，不仅可以增加复合材料的强度和硬度，同时可减少复合材料的磨耗减量和抗刺穿能力，因此可以较好的应用至轮胎台面。
8.作为本技术方案的进一步改进，所述橡胶材料包括天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶，用量百分比为20：50：30，天然橡胶与丁苯橡胶和顺丁橡胶并用可以进一步改善橡胶耐磨性与耐老化性，降低原料成本。
9.作为本技术方案的进一步改进，所述改性石墨烯材料的制备方法为：
10.s1.1、将石墨烯粉末和n,n-二甲基酰胺溶液加入至搅拌釜中，常温下搅拌，升温至60℃加入水搅拌稀释，形成a液；
11.s1.2、将搅拌釜升温至80℃预热，然后加入聚氯乙烯粉末保持温度在80-100℃搅拌5-10min；
12.s1.3、加入滑石粉和醋酸乙烯，搅拌15-20min，制得b液，加入水至b液中升温100℃回流16-24h，制得石墨烯溶液；
13.s1.4、将石墨烯溶液干燥去除水分制得干燥料，最后通过研磨、球磨制得改性石墨烯材料。
14.作为本技术方案的进一步改进，所述促流剂选自纳米二氧化硅，用于增加材料的流动性，促进材料间的混合。
15.作为本技术方案的进一步改进，所述有机溶剂选自甲苯、二甲苯和水中的一种或多种。
16.另一方面，本发明提供了一种用于制备如上述中任意一项所述的轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料的混合方法，其特征在于，包括如下步骤：
17.s2.1、将基体橡胶材料加入至搅拌机中，并加入足量的有机溶剂，再加入改性石墨烯材料超声搅拌共混；
18.s2.2、加入促流剂进入至搅拌釜中，搅拌状态下促进共混，之后沉淀；
19.s2.3、通过硫化剂硫化处理共混物，制得石墨烯改性橡胶复合材料。
20.优选的，所述s2.1中，搅拌机温度为60-80℃，搅拌速率为3000-3500r/min。
21.优选的，所述s2.2中，搅拌釜温度为90-110℃。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果：
23.该轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料及其混合方法中，加入的改性石墨烯材料，通过石墨烯共混聚氯乙烯进行物理改性，增加了石墨烯材料的机械性能，通过石墨烯将聚氯乙烯特性带入至基体橡胶材料中共混，不仅可以增加复合材料的强度和硬度，同时可减少复合材料的磨耗减量和抗刺穿能力，因此可以较好的应用至轮胎台面。
附图说明
24.图1为本发明的整体流程框图。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.实施例1一种轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料及其混合方法，包括：
27.一、改性石墨烯材料制备
28.1、将石墨烯粉末20份和n,n-二甲基酰胺溶液加入至搅拌釜中，常温下搅拌，升温至60℃加入水搅拌稀释，形成a液；
29.2、将搅拌釜升温至80℃预热，然后加入聚氯乙烯粉末15份保持温度在80℃搅拌5min；
30.3、加入滑石粉5份和醋酸乙烯1份，搅拌15min，制得b液，加入水至b液中升温100℃回流16h，制得石墨烯溶液；
31.4、将石墨烯溶液干燥去除水分制得干燥料，最后通过研磨、球磨制得改性石墨烯材料。
32.二、橡胶复合材料制备
33.1、将基体橡胶材料110份加入至搅拌机中，并加入足量的有机溶剂，再加入改性石墨烯材料20份超声搅拌共混，搅拌机温度为60℃，搅拌速率为3000r/min；
34.2、加入促流剂1份进入至搅拌釜中，升温至90℃，搅拌状态下促进共混，之后沉淀；
35.3、通过硫化剂2份硫化处理共混物，制得石墨烯改性橡胶复合材料。
36.实施例2一种轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料及其混合方法，包括：
37.一、改性石墨烯材料制备
38.1、将石墨烯粉末25份和n,n-二甲基酰胺溶液加入至搅拌釜中，常温下搅拌，升温至60℃加入水搅拌稀释，形成a液；
39.2、将搅拌釜升温至80℃预热，然后加入聚氯乙烯粉末17份保持温度在90℃搅拌7min；
40.3、加入滑石粉7份和醋酸乙烯2份，搅拌17min，制得b液，加入水至b液中升温100℃回流20h，制得石墨烯溶液；
41.4、将石墨烯溶液干燥去除水分制得干燥料，最后通过研磨、球磨制得改性石墨烯材料。
42.二、橡胶复合材料制备
43.1、将基体橡胶材料105份加入至搅拌机中，并加入足量的有机溶剂，再加入改性石墨烯材料25份超声搅拌共混，搅拌机温度为70℃，搅拌速率为3300r/min；
44.2、加入促流剂3份进入至搅拌釜中，升温至100℃，搅拌状态下促进共混，之后沉淀；
45.3、通过硫化剂5份硫化处理共混物，制得石墨烯改性橡胶复合材料。
46.实施例3一种轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料及其混合方法，包括：
47.一、改性石墨烯材料制备
48.1、将石墨烯粉末30份和n,n-二甲基酰胺溶液加入至搅拌釜中，常温下搅拌，升温至60℃加入水搅拌稀释，形成a液；
49.2、将搅拌釜升温至80℃预热，然后加入聚氯乙烯粉末20份保持温度在100℃搅拌10min；
50.3、加入滑石粉9份和醋酸乙烯3份，搅拌20min，制得b液，加入水至b液中升温100℃回流24h，制得石墨烯溶液；
51.4、将石墨烯溶液干燥去除水分制得干燥料，最后通过研磨、球磨制得改性石墨烯材料。
52.二、橡胶复合材料制备
53.1、将基体橡胶材料80份加入至搅拌机中，并加入足量的有机溶剂，再加入改性石墨烯材料30份超声搅拌共混，搅拌机温度为80℃，搅拌速率为3500r/min；
54.2、加入促流剂5份进入至搅拌釜中，升温至110℃，搅拌状态下促进共混，之后沉淀；
55.3、通过硫化剂9份硫化处理共混物，制得石墨烯改性橡胶复合材料。
56.上述实施例1-3中，橡胶材料包括天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶，用量百分比为20：50：30，天然橡胶与丁苯橡胶和顺丁橡胶并用可以进一步改善橡胶耐磨性与耐老化性，降低原料成本；
57.促流剂选自纳米二氧化硅，用于增加材料的流动性，促进材料间的混合。
58.加入的改性石墨烯材料，通过石墨烯共混聚氯乙烯进行物理改性，增加了石墨烯材料的机械性能，通过石墨烯将聚氯乙烯特性带入至基体橡胶材料中共混，不仅可以增加复合材料的强度和硬度，同时可减少复合材料的磨耗减量和抗刺穿能力，因此可以较好的应用至轮胎台面。
59.本发明制备的轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料的相关指标，具体见表1：
60.表1
[0061][0062]
根据表1所示，本发明实施例1-3中制备的橡胶复合材料，硬度较普通轮胎胎面较好，磨耗量交底，同时其拉伸强度、缺口冲击强度和断裂伸长率较好。
[0063]
对比例1
[0064]
1、将基体橡胶材料100份加入至搅拌机中，并加入足量的有机溶剂，再加入石墨烯材料30份超声搅拌共混，搅拌机温度为70℃，搅拌速率为3300r/min；
[0065]
2、加入促流剂3份进入至搅拌釜中，升温至100℃，搅拌状态下促进共混，之后沉淀；
[0066]
3、通过硫化剂5份硫化处理共混物，制得石墨烯改性橡胶复合材料。
[0067]
本发明制备的轮胎胎面用石墨烯改性橡胶复合材料具有较好的耐磨性和强度，与其加入的改性石墨烯材料有较大关系，为了验证相关的技术方案，申请人进行了如下试验：
[0068]
对比例1：采用实施例3的方法，在去除改性石墨烯材料的情况下，检测制备的橡胶复合材料的性能，具体见表2：
[0069]
表2
[0070][0071]
根据表2所示，传统橡胶相较于对比例1和实施例3，各项指标均为最差，对比例1相较于实施例3，其硬度、缺口冲击强度、拉伸强度和断裂伸长率均有不同程度的下降，同时磨耗量增加，因此可以看出，本发明中加入改性石墨烯材料是影响橡胶复合材料强度和耐磨性的重要因素。
[0072]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本技术领域人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。