胎面膠及其製備方法與流程
2023-06-14 18:37:06
本發明涉及一種胎面膠及其製備方法，尤其是一種含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料的胎面膠及其製備方法，屬於輪胎製備技術領域。
背景技術：
輪胎胎面膠專門為平衡磨耗、牽引、操縱和滾動阻力而配置，必須在多種行駛條件下有效作用，並滿足顧客對輪胎高耐磨、高耐久、低滾阻、綠色環保的期望。
石墨烯(GE)是從石墨材料中剝離出來，由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年英國曼徹斯特大學成功從石墨中分離出石墨烯，2010年獲得諾貝爾物理學獎。石墨烯是目前強度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導電性最佳的一種具有優異力學、熱學和電學性能的新型碳材料。石墨烯比表面積大，具有良好的導熱性能，能夠極大改善橡膠體系的熱傳導效率，將其內部熱量及時導出，減少橡膠分子之間因劇烈摩擦而產生的熱積累，降低輪胎內部溫度、減小磨耗、延長輪胎使用壽命；同時，使得胎面膠的拉伸強度、定伸應力、硬度和耐磨性有了明顯提高。
氧化石墨烯(GO)是石墨烯製備過程中的前驅體，表面含有豐富的含氧官能團，如羧基(-COOH-)、羰基(-CO-)、磺醯基(O＝S＝O)等，在高分子材料中的分散性好於石墨烯，在含量小於3‰時，通過簡單機械混合即可。
技術實現要素：
本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種胎面膠及其製備方法，提高了輪胎胎面膠磨耗性能、降低輪胎滾動阻力，克服現有石墨烯在橡膠基體中分散困難、界面作用差的問題。
按照本發明提供的技術方案，所述胎面膠，其特徵是，包括以下組份，組份比例按重量份數計：天然橡膠80～100份、順丁橡膠0～20份、塑解劑0～0.15份、石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料5～15份、炭黑40～45份、白炭黑10～15份、矽烷偶聯劑2～3份、氧化鋅3.5～4.0份、硬脂酸2～3份、防老劑3～3.5份、微晶蠟1～2份、硫磺1.0～1.5份、促進劑1.0～2.0份和防焦劑0.1～0.3份。
在一個具體實施方式中，所述塑解劑為塑解劑SJ-103。
在一個具體實施方式中，所述炭黑為N234炭黑。
在一個具體實施方式中，所述矽烷偶聯劑為Si69。
在一個具體實施方式中，所述石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料為含有5％石墨烯和5％氧化石墨烯的天然橡膠母料，石墨烯厚度小於2nm，氧化石墨烯的厚度小於2nm。
在一個具體實施方式中，所述防老劑為防老劑4020或防老劑RD。
在一個具體實施方式中，所述促進劑為促進劑NS。
在一個具體實施方式中，所述防焦劑為防焦劑CTP。
所述胎面膠的製備方法，其特徵是，包括以下步驟，組份比例按重量份數計：
(1)塑煉：將5～15份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料在開煉機上過輥，開煉機輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入80～100份天然橡膠、0～20份順丁橡膠、0～0.15份塑解劑一起混煉，持續過輥3～5分鐘後下片；
(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機中，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃，轉子轉速為60±5r/min；再加入3.5～4.0份氧化鋅、2～3份硬脂酸混煉20±2s，接著加入27～30份炭黑、10～15份白炭黑、2～3份矽烷偶聯劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；
(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(4)二段混煉：將一段母膠與3～3.5份防老劑、1～2份微晶蠟一起投入密煉機，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃；再加入13～15份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；
(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(6)終煉：終煉在開煉機上進行，終煉溫度為90～100℃，開煉機輥距為4±0.2mm，將二段母膠在開煉機上過輥，過輥1～1.5分鐘，加入1.0～1.5份硫磺、1.0～2.0份促進劑與0.1～0.3份防焦劑，過輥1.5～2分鐘，左右各割刀3次，調節輥距至最小，打三角包6次，之後打卷4次，下片，即得到所述的胎面膠成品。
在一個具體實施方式中，所述步驟(1)和(6)中，開煉機輥筒的直徑為160mm，輥筒寬度為320mm，前後輥筒速比為1:1.4。
本發明所述的胎面膠及其製備方法，方法簡單，步驟易於操作，製備得到的胎面膠磨耗性能有顯著提高，輪胎滾動阻力降低，成品輪胎的使用壽命更長。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
本發明中所使用的天然膠為煙片膠RSS#3；順丁膠為齊魯石化有限公司生產的BR9000；石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料外購於成都創威新材料有限公司；N234炭黑外購於江西黑貓炭黑股份有限公司；白炭黑外購於確成矽化學股份有限公司；硫磺外購於朝陽明宇化工有限公司；防老劑4020外購於山東聖奧化工股份有限公司，商品名為防老劑4020，化學名稱為N-(1，3-二甲基丁基)-N』-苯基對苯二胺；防老劑RD外購於南京化工廠，商品名為防老劑RD，化學名為2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體；微晶蠟外購於上海綠菱特種蠟製品廠生產，商品名稱為橡膠防護蠟；氧化鋅外購於江蘇溧陽昆達化工有限公司；硬脂酸外購於江陰朝陽精細化工有限公司；防焦劑CTP外購於陽穀華泰化工有限公司，化學名為N-環己基硫代領苯二甲醯亞胺；塑解劑SJ-103外購於武漢徑河化工有限公司。
實施例一：一種胎面膠的製備方法，包括以下步驟，組份比例按重量份數計：
(1)塑煉：將5份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料在開煉機上過輥，開煉機輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3分鐘，再加入90份天然橡膠、10份順丁橡膠、0.1份塑解劑一起混煉，持續過輥3分鐘後下片；
(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機中，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃，轉子轉速為60±5r/min；再加入4.0份氧化鋅、3份硬脂酸混煉20±2s，接著加入30份炭黑、10份白炭黑、2份矽烷偶聯劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；
(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(4)二段混煉：將一段母膠與3份防老劑、1份微晶蠟一起投入密煉機，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃；再加入13份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；
(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(6)終煉：終煉在開煉機上進行，終煉溫度為90～100℃，開煉機輥距為4±0.2mm，將二段母膠在開煉機上過輥，過輥1分鐘，加入1.5份硫磺、1.0份促進劑與0.1份防焦劑，過輥1.5分鐘，左右各割刀3次，調節輥距至最小，打三角包6次，之後打卷4次，下片，即得到所述的胎面膠成品。
上述步驟中，開煉機輥筒的直徑為160mm，輥筒寬度為320mm，前後輥筒速比為1:1.4。
實施例二：一種胎面膠的製備方法，包括以下步驟，組份比例按重量份數計：
(1)塑煉：將10份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料在開煉機上過輥，開煉機輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3分鐘，再加入90份天然橡膠、10份順丁橡膠、0.1份塑解劑一起混煉，持續過輥3分鐘後下片；
(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機中，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃，轉子轉速為60±5r/min；再加入4.0份氧化鋅、3份硬脂酸混煉20±2s，接著加入30份炭黑、10份白炭黑、2份矽烷偶聯劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；
(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(4)二段混煉：將一段母膠與3～3.5份防老劑、1～2份微晶蠟一起投入密煉機，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃；再加入13份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；
(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(6)終煉：終煉在開煉機上進行，終煉溫度為90～100℃，開煉機輥距為4±0.2mm，將二段母膠在開煉機上過輥，過輥1.5分鐘，加入1.5份硫磺、2.0份促進劑與0.3份防焦劑，過輥2分鐘，左右各割刀3次，調節輥距至最小，打三角包6次，之後打卷4次，下片，即得到所述的胎面膠成品。
上述步驟中，開煉機輥筒的直徑為160mm，輥筒寬度為320mm，前後輥筒速比為1:1.4。
實施例三：一種胎面膠的製備方法，包括以下步驟，組份比例按重量份數計：
(1)塑煉：將10份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料在開煉機上過輥，開煉機輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入90份天然橡膠、10份順丁橡膠、0.1份塑解劑一起混煉，持續過輥4分鐘後下片；
(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機中，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃，轉子轉速為60±5r/min；再加入3.6份氧化鋅、2.5份硬脂酸混煉20±2s，接著加入28份炭黑、12份白炭黑、2.5份矽烷偶聯劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；
(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(4)二段混煉：將一段母膠與3.2份防老劑、1.5份微晶蠟一起投入密煉機，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃；再加入14份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；
(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(6)終煉：終煉在開煉機上進行，終煉溫度為95℃，開煉機輥距為4±0.2mm，將二段母膠在開煉機上過輥，過輥1.2分鐘，加入1.2份硫磺、1.5份促進劑與0.2份防焦劑，過輥1.6分鐘，左右各割刀3次，調節輥距至最小，打三角包6次，之後打卷4次，下片，即得到所述的胎面膠成品。
上述步驟中，開煉機輥筒的直徑為160mm，輥筒寬度為320mm，前後輥筒速比為1:1.4。
實施例四：一種胎面膠的製備方法，包括如下步驟，組份比例按重量份數計：
(1)塑煉：將5份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料在開煉機上過輥，開煉機輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入100份天然橡膠、0.15份塑解劑一起混煉，持續過輥3～5分鐘後，下片；
(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機中，混煉30s，密煉機初始溫度為100℃，轉子轉速為60r﹒min-1。再加入3.5份氧化鋅、2份硬脂酸混煉20s，接著加入29份炭黑、15份白炭黑、3份矽烷偶聯劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；
(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(4)二段混煉：將一段母膠與3.5份防老劑、1份微晶蠟一起投入密煉機，混煉30s，再加入剩餘的11份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠。
(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(6)終煉：終煉在開煉機上進行，開煉機輥距為4mm，將二段母膠在開煉機上過輥，過輥1～1.5分鐘，加入1.0份硫磺、1.3份促進劑與0.3份防焦劑，過輥1.5～2分鐘，左右各割刀3次，調節輥距至最小，打三角包6次，之後打卷4次(膠溫為90～100℃)，下片，即得到含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料的胎面膠成品。
實施例五：一種胎面膠的製備方法，包括如下步驟，組份比例按重量份數計：
(1)塑煉：將10份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料在開煉機上過輥，開煉機輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入100份天然橡膠、0.15份塑解劑一起混煉，持續過輥3～5分鐘後，下片；
(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機中，混煉30s，密煉機初始溫度為100℃，轉子轉速為60r﹒min-1。再加入3.5份氧化鋅、2份硬脂酸混煉20s，接著加入29份炭黑、15份白炭黑、3份矽烷偶聯劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；
(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(4)二段混煉：將一段母膠與3.5份防老劑、1份微晶蠟一起投入密煉機，混煉30s，再加入剩餘的11份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；
(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(6)終煉：終煉在開煉機上進行，開煉機輥距為4mm，將二段母膠在開煉機上過輥，過輥1～1.5分鐘，加入1.0份硫磺、1.3份促進劑與0.3份防焦劑，過輥1.5～2分鐘，左右各割刀3次，調節輥距至最小，打三角包6次，之後打卷4次(膠溫為90～100℃)，下片，即得到含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料的胎面膠成品。
實施例六：一種胎面膠的製備方法，包括如下步驟，組份比例按重量份數計：
(1)塑煉：將15份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料在開煉機上過輥，開煉機輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入100份天然橡膠、0.15份塑解劑一起混煉，持續過輥3～5分鐘後，下片；
(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機中，混煉30s，密煉機初始溫度為100℃，轉子轉速為60r﹒min-1。再加入3.5份氧化鋅、2份硬脂酸混煉20s，接著加入29份炭黑、15份白炭黑、3份矽烷偶聯劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；
(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(4)二段混煉：將一段母膠與3.5份防老劑、1份微晶蠟一起投入密煉機，混煉30s，再加入剩餘的11份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；
(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置於空氣中冷卻12小時；
(6)終煉：終煉在開煉機上進行，開煉機輥距為4mm，將二段母膠在開煉機上過輥，過輥1～1.5分鐘，加入1.0份硫磺、1.3份促進劑與0.3份防焦劑，過輥1.5～2分鐘，左右各割刀3次，調節輥距至最小，打三角包6次，之後打卷4次(膠溫為90～100℃)，下片，即得到含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料的胎面膠成品。
對比例一：與實施例四的製備方法完全相同，只是未添加石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料。
對實施例一和對比例一製備得到的含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料的胎面膠進行性質檢測，結果如表1所示。
表1
由表1可知，與對比例1的膠料相比，採用本發明實施例1～實施例6製備的含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料的胎面膠，硬度、拉斷伸長率、拉伸強度、300％定伸應力有明顯提高，阿克隆磨耗體積減少，胎面膠的耐磨性能增加。還可以得出，加入10份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠複合母料時，膠料的綜合性能最好。