[发明专利]多壁碳纳米管改性航空轮胎橡胶材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于航空轮胎材料制备技术领域，具体涉及一种多壁碳纳米管改性航空轮胎橡胶 材料的制备方法。

技术背景

航空轮胎在飞机起飞和着陆的滑跑过程中需要承受高速度、高负荷与高冲击的作用，因 此其所用轮胎橡胶材料必须具有较大的定伸应力、拉伸强度和撕裂强度、较低的生热和优异 的耐磨性。飞机在空中飞行与空气摩擦产生的静电会积聚于机体，这种静电在着陆时必须迅 速消除，以确保机载电子设备、油箱油路和乘客的安全，为防止放电现象发生，航空轮胎橡 胶材料必须具备导静电性能，其表面电阻小于5×10⁴Ω。随着航空技术的发展，对轮胎性能也 提出了更高要求。据美国联邦航空航天局的适航标准规定，高速轮胎最大地面速度在321～361 km/h。在高原地区，飞机起飞和着陆速度超过400km/h且滑行距离加长。在热带地区和高温 气候下，较高的环境温度使轮胎的内部生热难以排出，导致轮胎材料温度高达100℃以上， 轮胎过热时性能将急剧下降，轻则轮胎严重磨损，重则产生暴胎事故。

炭黑是航空轮胎橡胶材料体系中传统的补强剂，通常每100重量份的橡胶中需要加入50 重量份左右的炭黑。用炭黑补强橡胶，可提高拉伸强度、撕裂强度、硬度和耐磨性，但也伴 随蠕变速率高、压缩或拉伸永久变形变大、滞后损失大、动态生热高等问题。同时，炭黑来 自于石油化工产品，其加工和使用过程有毒，并且传统的航空轮胎制造过程使用了大量炭黑， 炭黑会漂浮在空气中并散落于周围环境，从而造成严重的空气与环境污染。

随着现代航空技术的发展和人们环保意识的增强，传统炭黑补强已不能满足人们对轮胎 橡胶材料各项优异性能集于一身的需求。新型纳米碳材料和传统炭黑并用，开启了新型航空 轮胎材料的未来。碳纳米管是由一层或多层石墨片组成的中空碳笼管，直径为纳米级、长度 为微米级，其强度和韧性高于其他纤维，具有超强的导电、导热、强度、模量、热稳定性、 耐磨性和质轻性。与单壁碳纳米管相比，多壁碳纳米管生产成本低，基于多壁碳纳米管的先 进复合材料更贴近生产实际并容易满足产业化要求。多壁碳纳米管有望成为橡胶材料补强， 提高导电、导热、耐磨性、力学性能和热稳定性的理想填料。然而由于碳纳米管相互缠结、 聚集难于分散，其表面惰性与橡胶粘结性差，这些都会阻碍多壁碳纳米管/橡胶复合材料的发 展与应用。国内外学者对多壁碳纳米管/橡胶复合材料的研究表明，使多壁碳纳米管在橡胶基 体中均匀分散并形成良好的界面粘结是获得理想复合材料的关键。

到目前为止，尚未发现将多壁碳纳米管应用于航空轮胎橡胶材料体系，发挥多壁碳纳米 管和炭黑的协同增强效应，使航空轮胎橡胶材料获得较高的力学性能、导静电性能、导热性 和耐磨性，同时通过减少炭黑用量，降低轮胎橡胶材料动态生热和制备过程环境污染等方面 的内容见诸报道。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多壁碳纳米管改性航空轮胎橡胶材料的 制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供的多壁碳纳米管改性航空轮胎橡胶材料的制备方法包括 顺序进行的下列步骤：

(1)将阴离子表面活性剂溶解在30～35℃的蒸馏水中，搅拌0.5小时后加入表面带有羧 基的多壁碳纳米管，于30～35℃下搅拌和超声1小时，得到稳定的悬浮液；

(2)将天然橡胶乳液加入到步骤(1)所得悬浮液中，于30～35℃下搅拌和超声1小时， 使多壁碳纳米管分散在天然橡胶乳液中而形成共混乳液，然后用破乳剂使上述共混乳液絮凝 沉淀，经减压过滤并于60℃下真空干燥12小时后，得到由多壁碳纳米管和天然橡胶组成的 母胶；

(3)在步骤(2)所得的母胶中依次加入偶联剂、橡胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂、炭 黑、橡胶操作油、促进剂、硫黄于50℃下混炼，每加入一种上述组分混炼5～10分钟，所有 组分单独加入，得到混炼胶，然后将混炼胶于室温下放置12～24小时后放入模具，在143℃ 下硫化30～40分钟后得到所述的多壁碳纳米管改性航空轮胎橡胶材料。

在步骤(1)中，所述的阴离子表面活性剂选自十二烷基硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠中的 一种。

在步骤(1)中，所述的表面带有羧基的多壁碳纳米管与阴离子表面活性剂的用量比为 10g:1～1.5g；表面带有羧基的多壁碳纳米管与蒸馏水的用量比为1g:200g。

在步骤(2)中，所述的破乳剂选自甲酸水溶液和硫酸水溶液中的一种。