CN105860133B - 碳管母料及其在轮胎胎面的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及碳管母料及其在轮胎胎面的应用,所述碳管母料通过以下步骤制备获得:先将碳纳米管加到聚合物熔体中搅拌成碳纳米管浆料,然后通过料泵注入带有线接触双陶瓷磨盘的研磨装置中研磨,两个陶瓷磨盘转向相反,使碳纳米管均匀分散到所述聚合物中,在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力作用下将碳纳米管截断,除去所述聚合物,得到短碳纳米管;将橡胶母料、炭黑、所述短碳纳米管混合到一起,在密炼机里进行密炼加工,获得碳管母料。本发明提供的碳管母料适用于轮胎胎面,不仅降低轮胎的生产成本,而且提高了轮胎的耐磨性能。

Description

碳管母料及其在轮胎胎面的应用
技术领域
本发明属于轮胎胎面改性技术领域,具体涉及一种碳管母料及其在轮胎胎面中的应用。
背景技术
碳纳米管具有优异的力学性能、导电、导热性能,因而被认为是聚合物基复合材料理想的力学强化和功能改性材料,采用碳纳米管制成的复合材料表现出良好强度、弹性和抗疲劳性,碳纳米管也开始逐渐用于橡胶轮胎、塑料等工业中。
但是,碳纳米管呈纳米纤维状,自身极易团聚和缠结,且碳纳米管表面为规整的石墨晶片结构,表面惰性大,与聚合物基体亲和性差,导致碳纳米管在橡胶基质中的分散性差,而且成本也高,这些限制了碳纳米管在轮胎胎面中的规模化应用。
因此,对于碳纳米管在轮胎胎面中的应用方法存在进一步的优化需求,这也是该技术领域内的研究热点和重点之一,更是本发明得以完成的动力和出发点所在。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述技术问题,本发明人在进行了大量的深入研究之后,从而提供了一种碳管母料及其在轮胎胎面中的应用,不仅提高了轮胎的性能,而且也降低了轮胎的生产成本。
第一方面,本发明涉及一种碳管母料,通过以下步骤制备:
步骤一,先将碳纳米管加到聚合物熔体中搅拌成碳纳米管浆料,然后通过料泵注入带有线接触双陶瓷磨盘的研磨装置中研磨,两个陶瓷磨盘转向相反,速度控制在4500~5000rpm,使碳纳米管均匀分散到所述聚合物中,在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力作用下将碳纳米管截断,除去所述聚合物,得到长度为50nm~5μm的短碳纳米管;
步骤二,将橡胶母料、炭黑、步骤一获得的短碳纳米管混合到一起,在密炼机里进行密炼加工,获得碳管母料。
优选的,步骤一中,两个陶瓷磨盘的速度4500~5000rpm这一范围包括了归属于其中的任何具体点值,例如4500rpm、4600rpm、4700rpm、4800rpm、4900rpm、5000rpm,最优选4800rpm,也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围,较优选4600~4900rpm。
优选的,步骤一中,所述聚合物为橡胶。
第二方面,本发明还涉及一种上述碳管母料在轮胎胎面的应用,包括以下步骤:把所述碳管母料、天然橡胶、顺丁橡胶、硫化胶粉、Zn0、硫磺、硫化促进剂混合到一起,在密炼机里进行混炼加工,获得胎面胶胶料,然后将混炼后的胎面胶胶料投入压出机并经过模具成型,获得轮胎轮胎胎面部件。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:本发明通过改善碳纳米管加工工艺方法,成功地解决了碳纳米管在橡胶基质中的分散性差的问题,研制出了高性能、高强度的碳管母料橡胶复合材料,同时将碳管母料复合材料应用于绿色节能轮胎的胎面胶应用中,碳管母料复合材料降低了轮胎滚动阻力及改善制动距离(对比以往的炭黑轮胎可实现节油5%),并且有很好抗静电性能,同时轮胎生产成本降低了8%,耐磨提高了30%,实现了碳纳米管在轮胎胎面胶中的应用,可作为生产高性能节能耐磨轮胎胎面的新材料,在轮胎制造上应用时具有工艺简便、生产效率高、无需更换现有成型设备的优点,有利于高性能节能耐磨轮胎胎面生产方法在国内轮胎企业中的推广。
附图说明
图1是本发明中的碳纳米管分散的示意图。
图2是本发明中的碳管母料的制备及在轮胎胎面应用的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1-4碳管母料的制备及其在轮胎胎面中的应用
步骤一,碳纳米管的分散(如图1所示):先将所述碳纳米管加到橡胶聚合物熔体中搅拌成碳纳米管浆料,然后通过料泵注入带有线接触双陶瓷磨盘的研磨装置中研磨,两个陶瓷磨盘转向相反,速度控制在4800rpm,使碳纳米管均匀分散到聚合物中,在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力作用下将碳纳米管截断,除去聚合物,得到长度为50nm~5μm的短碳纳米管;
步骤二,将橡胶母料(成分为橡胶)、炭黑(采用裂解炭黑)、步骤一获得的短碳纳米管混合到一起,在密炼机里进行密炼加工,获得碳管母料;
步骤三,把碳管母料、天然橡胶、顺丁橡胶、硫化胶粉、Zn0、硫磺、硫化促进剂混合到一起,在密炼机里进行混炼加工,获得胎面胶胶料,然后将混炼后的胎面胶胶料投入压出机并经过模具成型,获得轮胎轮胎胎面部件,工艺流程图如图2所示。
表1 实施例1-4采用的原料配方(重量份g)
材料名称 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
天然橡胶 80 80 80 80
顺丁橡胶 20 20 20 20
氧化锌 1.5 1.5 1.5 1.5
炭黑 50 50 50 50
碳管母料 10 15
硫磺 2 2 2 2
促进剂 1.5 1.5 1.5 1.5
总计 155 155 165 170
表2 实施例1-4获得的轮胎胎面部件的性能测试结果
添加短碳纳米管后,混炼胶的加工性能有了明显改善,硫化胶的硬度、回弹率、拉伸强度和撕裂强度都有提高,滚动阻力降低;轮胎高速性能优于没有添加短碳纳米管的参比轮胎,通过对添加短碳纳米管胎面胶传热系数测试,在60度及80度的状况下传热系数提高25%。在道路测试中胎冠表面温度和花纹沟底部温度降低,轮胎耐磨提高30%,延长了轮胎的使用寿命,而且成本也比普通配方降低了8%左右。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。

Claims (3)

1.一种碳管母料,其特征在于,通过以下步骤制备获得:
步骤一,先将碳纳米管加到聚合物熔体中搅拌成碳纳米管浆料,然后通过料泵注入带有线接触双陶瓷磨盘的研磨装置中研磨,两个陶瓷磨盘转向相反,速度控制在4500~5000rpm,使碳纳米管均匀分散到所述聚合物中,在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力作用下将碳纳米管截断,除去所述聚合物,得到长度为50nm~5μm的短碳纳米管;
步骤二,将橡胶母料、炭黑、步骤一获得的短碳纳米管混合到一起,在密炼机里进行密炼加工,获得碳管母料;其中,步骤一中,两个陶瓷磨盘的速度控制在4800rpm。
2.如权利要求1所述的碳管母料,其特征在于,步骤一中,所述聚合物为橡胶。
3.权利要求1-2任一项所述碳管母料在轮胎胎面的应用,其特征在于,包括以下步骤:将所述碳管母料、天然橡胶、顺丁橡胶、硫化胶粉、Zn0、硫磺、硫化促进剂混合到一起,在密炼机里进行混炼加工,获得胎面胶胶料,然后将混炼后的胎面胶胶料投入压出机并经过模具成型,获得轮胎胎面部件。
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