[发明专利]一种石墨烯改性的橡胶组合物以及石墨烯胎面胶

说明书

本申请提供一种石墨烯改性的橡胶组合物以及石墨烯胎面胶，该组合物按基体橡胶100份重量计，其包含以下组分：天然橡胶80～100份，合成橡胶0～20份，石墨烯分散体0.1～6份，补强剂10～60份，偶联剂0.5～6份，活性剂1～8份，防老剂1～8份，硫磺0.5～3份，促进剂0.5～5份，抗硫化返原剂0.5～2份，防焦剂0.1～0.3份；其中，所述石墨烯分散体包含石墨烯与分散剂，石墨烯与分散剂的重量比例为1：0.05～1。本发明通过石墨烯的尺寸控制，并通过分散方式，以天然橡胶和高结构炭黑为基础，选择合理配比的其他橡胶助剂，得到高强度、高耐磨的石墨烯胎面胶，适用于载重胎、工程胎、飞机胎等技术领域。

技术领域

本发明涉及橡胶材料技术领域，尤其涉及一种高强度、高耐磨的石墨烯胎面胶材料及其制备方法，具体地说是一种用于轮胎胎面并提高胎面胶的强度和磨耗性的一种石墨烯/橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

轮胎的胎面胶是轮胎结构中非常重要的部分，它是轮胎与路面唯一接触的轮胎部件，不仅能够保护轮胎内部的缓冲层和带束层等结构，而且决定了轮胎的制动性、耐磨性、耐切割性、抗湿滑性等，可以说轮胎的使用环境很大程度上是由胎面胶的性能决定的。

橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。几乎所有的橡胶在加工过程中都必须加入一定量的填充剂才能用来制备有用的橡胶制品。填充剂根据对生胶料性能的影响分为两大类：一类是活性填充剂或称为补强剂，能够提高橡胶的耐磨性、模量、拉伸强度、抗撕裂性及耐疲劳性等，常见的有炭黑、白炭黑、纤维等；另一类是非活性填充剂或称为惰性填充剂，其对橡胶没有补强作用，但却能在基本不损害橡胶性能的前提下，降低成本，改善加工性能，常见的有氧化钙、陶土等无机物。

石墨烯是由单层碳原子以sp²杂化轨道组成六角形呈蜂窝状的二维碳纳米材料，具有优异的光学、电学、力学特性。它是已知强度最高的材料之一，理论杨氏模量达1.1TPa，拉伸强度为130GPa，同时还具有很好的韧性，可弯曲性。随着纳米材料增强复合材料的应用越来越广泛，越来越多的研究者尝试将石墨烯引入橡胶中提高橡胶的综合性能。但是，现有石墨烯/橡胶复合材料中石墨烯在橡胶基体中存在分散困难、界面作用差的问题。

发明内容

本发明的目的在于利用石墨烯优异的力学特性，克服现有石墨烯/橡胶复合材料中石墨烯在橡胶基体中分散困难、界面作用差的问题，提供一种石墨烯分散性能好，高强度、高耐磨的石墨烯胎面胶及其制备方法。

本申请提供一种石墨烯改性的橡胶组合物，按基体橡胶100份重量计，其包含以下组分：

其中，所述石墨烯分散体包含石墨烯与分散剂，石墨烯与分散剂的重量比例为1：0.05～1。

在一种实施方式中，所述分散剂为聚苯乙烯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或多种。

在一种实施方式中，所述合成橡胶选自顺丁橡胶或丁苯橡胶。

在一种实施方式中，所述补强剂为炭黑和白炭黑中一种或多种；所述偶联剂为硅烷偶联剂；所述活性剂为氧化锌和硬脂酸；所述防老剂为防老剂4010NA、防老剂RD、防老剂4020、OK2122、S-602、S-672中的一种或多种；所述促进剂为促进剂NS、促进剂TMTD、促进剂CZ、促进剂DM、促进剂D中的一种或多种；所述抗硫化返原剂为PK900、KA9188中的一种或两种。

在一种实施方式中，所述石墨烯片层厚度为0.34～100nm，片径为20μm以下，优选片径为2～10μm。

本申请还涉及一种石墨烯胎面胶，其由本申请的橡胶组合物制造。

本申请还涉及制造石墨烯胎面胶的方法，其包括：