CN105082387A - 一种石墨烯导静电轮胎的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种石墨烯导静电轮胎的制备方法，在通用轮胎胎面及胎侧面胶按重量份配方基本不变的前提下，按所选用石墨烯导电率和比表面积的不同，添加0.1-20重量份的石墨烯，对硬质炭黑等配比进行优化，使添加石墨烯改性后的复合胶质轮胎胎面及胎侧面在室温下导电率不小于10-8S/m；其工艺简单，价格低廉，便于推广应用，适用于各种类型轮胎，原生产设备无需技术改造，改性后的轮胎整体外形、尺寸、重量及动力性不变，同时提高轮胎耐磨性、导热性和抗老化性。
Description
技术领域：
本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种石墨烯与胶质复合改性的石墨烯导静电轮胎的制备方法。
背景技术：
静电的产生与存在是一种客观的自然现象，存在于物体和人体上。汽车设备运转及行驶加剧了电荷的聚集，其电位可高达几千乃至几十万伏，不仅能干扰汽车内电子设备失稳、烧毁电器元件，对司乘人员的身体也会造成伤害，对装有心脏起博器的患者会引起心率突升或骤停，更严重的是能造成车辆特别是易燃易爆物品运输车辆发生爆燃，造成灾难性后果。目前所采用的汽车防静电技术和设备，都不能保证可靠不间断地消除车体静电，如拖曳式防静电带或防静电铁链，由于磨损或脱落都会造成导静电中断，而且，金属材料的防静电带和铁链与地面摩擦会产生火花，存在引燃车载易燃易爆物品的隐患。石墨烯是已知导电性最好的二维晶体材料，室温下导电率是铜的1.7×106倍，电子运动速度可达到光速的1/300，石墨烯还具有比表面积大、机械强度高、柔性好和热传导率突出等特点，经综合测试，石墨烯是与胶质复合改性实现其导电性的最好材料。
目前，尚未见有将石墨烯与胶质复合改性的导静电轮胎的公开使用及文献报道。因此，寻求一种新型材料与通用轮胎胎面及胎侧胶质复合，使轮胎具有导电性，从而获得导静电轮胎。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种新型的石墨烯导静电轮胎的制备方法，以通用轮胎制造原料为基础，通过优化轮胎胎面及胎侧面基料配比，添加石墨烯复合改性，使复合胶质轮胎胎面及胎侧面导电率达到满足导静电的预期值，将具有导静电特性的轮胎胎面及胎侧面胶料，按轮胎制造工艺与气密层、缓冲层等各功能层高温模压粘合成型，再进行硫化等后续工艺处理，即获得石墨烯导静电轮胎，具有导静电功能的轮胎与汽车金属轮毂的轮圈嵌合连接，通过轮胎胎面接地导出车体静电。
为了实现上述目的，本发明在通用轮胎胎面及胎侧面胶按重量份配方基本不变的前提下，按所选用石墨烯导电率和比表面积的不同，添加0.1-20重量份的石墨烯，为保证石墨烯导静电轮胎的尺寸、重量及动力性与通用轮胎一致、各项功能指标不降低，对硬质炭黑等配比进行优化，使添加石墨烯改性后的复合胶质轮胎胎面及胎侧面在室温下导电率不小于10-8S/m，满足导静电要求，其具体制备过程为：
(1)塑/混炼：采用现有技术分别在现有胎冠胶、胎面基部胶和胎侧胶按重量组份添加0.1-20重量份的石墨烯，在密炼机里进行加工，分别生产出胎冠胶、胎面基部胶和胎侧胶，胎冠胶和胎面基部胶组成胎面胶；
(2)压延和压出：将步骤(1)得到的胎冠胶、胎面基部胶和胎侧胶分别由辊筒挤出压出机挤出后，再通过辊筒挤出压出机的口型板出片，获得半成品胶部件胎面和胎侧；
(3)成型：将胎面和胎侧在成型机上组装成生胎；
(4)硫化：将生胎装到硫化机上，硫化为成品石墨烯导静电轮胎。
本发明所选用石墨烯的，所选石墨烯的导电率为100-105S/m，比表面积为300-2630m2/g。
本发明所述胎冠胶的制备过程为：先分别取25-35重量份顺丁橡胶(BR)和60-80重量份丁苯橡胶(SBR)与1-5重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料；再采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎冠胶料，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入40-59.9重量份硬质炭黑、10-12重量份操作油、1-5重量份氧化锌、1-5重量份硬脂酸、1-3重量份微晶蜡、0.6-0.8重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1-1.5重量份促进剂和1.5-2重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎冠胶。
本发明所述胎面基部胶的制备过程为：分别取40-50重量份顺丁橡胶(BR)和50-60重量份丁苯橡胶(SBR)与1-5重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料；再采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎面基部胶，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入45-64.9重量份硬质炭黑、10-12重量份操作油、1-5重量份氧化锌、1-3重量份硬脂酸、0.5-0.9重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1-1.5重量份促进剂和1.5-2重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎面基部胶。
本发明所述胎侧胶的制备过程为：分别取20-40重量份顺丁橡胶(BR)和60-80重量份丁苯橡胶(SBR)与1-5重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料，再采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎侧胶，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入35-54.9重量份硬质炭黑、10-15重量份操作油、1-5重量份氧化锌、1-3重量份硬脂酸、1-3重量份微晶蜡、0.5-0.7重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1-1.3重量份促进剂和1-1.5重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎侧胶。
本发明与现有防静电技术和设备相比，具有不增加额外车载设备、无安全隐患、可全时段连续可靠导出车体静电的特点，采用本技术能够制造各类别(型号)的石墨烯导静电轮胎，可以广泛应用于各型汽车、电力车、电子设备专用车，特别是对易燃易爆物品运输车杜绝静电危害具有不可替代的优势；其工艺简单，价格低廉，便于推广应用，适用于各种类型轮胎，原生产设备无需技术改造，改性后的轮胎整体外形、尺寸、重量及动力性不变，同时可提高轮胎耐磨性、导热性和抗老化性。
附图说明：
图1为本发明的制备方法工艺流程示意图。
图2为本发明实施例2中的不同含量石墨烯导静电轮胎导电率曲线，曲线1、2和3分别为石墨烯添加量分别为0.1重量份、0.5重量份和1重量份的导电率曲线。
图3为本发明所述石墨烯导静电轮胎的导静电机理示意图，包括轮毂1、轮圈2、嵌合处3、胎侧面4、胎面5和地面6。
具体实施方式：
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1:
本发明在中型载重胎胎面胶和胎侧胶的基础上制备石墨烯导静电轮胎，其具体制备过程包括以下步骤：
(1)、塑/混炼：胎面胶由胎冠胶和胎面基部胶两部分组成，先分别取30重量份顺丁橡胶(BR)和70重量份丁苯橡胶(SBR)与3重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料；再采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎冠胶料，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入40-59.9重量份硬质炭黑、11重量份操作油、3重量份氧化锌、2重量份硬脂酸、2重量份微晶蜡、0.7重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1.3重量份促进剂和1.8重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎冠胶；再分别取45重量份顺丁橡胶(BR)和55重量份丁苯橡胶(SBR)与3重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料；采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎面基部胶，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入45-64.9重量份硬质炭黑、11重量份操作油、3重量份氧化锌、2重量份硬脂酸、0.7重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1.3重量份促进剂和1.8重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎面基部胶；然后分别取30重量份顺丁橡胶(BR)和70重量份丁苯橡胶(SBR)与3重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料，采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎侧胶，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入35-54.9重量份硬质炭黑、12重量份操作油、3重量份氧化锌、2重量份硬脂酸、2重量份微晶蜡、0.6重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1.1重量份促进剂和1.2重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎侧胶；
(2)、压延和压出：将胎冠胶、胎面基部胶和胎侧胶分别由辊筒挤出机挤出，通过压出机的口型板出片，获得半成品胶部件胎面和胎侧；
(3)、成型：采用现有技术将半成胶部件胎面和胎侧在成型机上组装成生胎；
(4)、硫化：将生胎装到硫化机上，采用现有技术将生胎硫化为成品石墨烯导静电轮胎。
本实施例采用的装置均为市售的产品。
实施例2：
本实施例在25℃条件下测试实施例1制备的石墨烯导静电轮胎的导电率，如图2所示，石墨烯添加量分别为0.1重量份、0.5重量份和1重量份时，石墨烯粉体比表面积和导电率分别为1800m2/g、9.7×105s/m(1)，1600m2/g、6×105s/m(2),1200m2/g、1×105s/m(3)，测试结果曲线图表明随着石墨烯添加量的增大，轮胎导电率逐渐增大；石墨烯粉体比表面积和导电率越高，轮胎导电率越高。
实施例3：
本实施例对实施例1制备的石墨烯导静电轮胎导静电机理进行说明，如图3所示，添加石墨烯粉体制造的轮胎(胎侧面4和胎面5)与汽车金属轮毂1上的轮圈2嵌合连接，通过轮胎胎面5接地面6导出车体静电(+)，可全时段连续可靠导出车体静电，对易燃易爆物品运输车杜绝静电危害具有不可替代的优势。
Claims (4)
1.一种石墨烯导静电轮胎的制备方法，具体制备步骤为：
(1)塑/混炼：采用通用技术分别在现有胎冠胶、胎面基部胶和胎侧胶按重量份添加与品质相应量的石墨烯，在密炼机里依次进行塑炼和混炼，分别制得胎冠胶、胎面基部胶和胎侧胶，胎冠胶和胎面基部胶组成胎面胶；
(2)压延和压出：将步骤(1)得到的胎冠胶、胎面基部胶和胎侧胶分别由辊筒挤出压出机挤出后，再通过辊筒挤出压出机的口型板出片，获得半成品胶部件胎面和胎侧；
(3)成型：将胎面和胎侧在成型机上组装成生胎；
(4)硫化：将生胎装到硫化机上，硫化为成品石墨烯导静电轮胎；其其特征在于代替硬质炭黑的石墨烯重量份为0.1-20，所选石墨烯的导电率为100-105S/m，比表面积为300-2630m2/g，制备的石墨烯导静电轮胎在室温下导电率不小于10-8S/m。
2.根据权利要求1所述石墨烯导静电轮胎的制备方法，其特征在于所述胎冠胶的制备过程为：先分别取25-35重量份顺丁橡胶和60-80重量份丁苯橡胶与1-5重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料；再采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎冠胶料，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入40-59.9重量份硬质炭黑、10-12重量份操作油、1-5重量份氧化锌、1-5重量份硬脂酸、1-3重量份微晶蜡、0.6-0.8重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1-1.5重量份促进剂和1.5-2重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎冠胶。
3.根据权利要求1所述石墨烯导静电轮胎外胎的制备方法，其特征在于所述胎面基部胶的制备过程为：分别取40-50重量份顺丁橡胶和50-60重量份丁苯橡胶与1-5重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料；再采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎面基部胶，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入45-64.9重量份硬质炭黑、10-12重量份操作油、1-5重量份氧化锌、1-3重量份硬脂酸、0.5-0.9重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1-1.5重量份促进剂和1.5-2重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎面基部胶。
4.根据权利要求1所述石墨烯导静电轮胎外胎的制备方法，其特征在于所述胎侧胶的制备过程为：分别取20-40重量份顺丁橡胶和60-80重量份丁苯橡胶与1-5重量份防老化剂在45-50℃条件下塑炼15-20min得到塑炼后的胶料，再采用两段混炼工艺对塑炼后的胶料进行混炼得到胎侧胶，混炼时，先在35-55℃条件下对塑炼后的胶料混炼3-5min，然后加入35-54.9重量份硬质炭黑、10-15重量份操作油、1-5重量份氧化锌、1-3重量份硬脂酸、1-3重量份微晶蜡、0.5-0.7重量份防焦剂混炼均匀，最后加入0.1-20重量份石墨烯、1-1.3重量份促进剂和1-1.5重量份硫化剂，在80-85℃条件下进行二次混炼5-8min得到胎侧胶。
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