CN107216508B - 剑麻增强橡胶轮胎及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种剑麻增强橡胶轮胎，包括以下重量份数的原料：改性橡胶复配物140份、改性剑麻纤维5份、硫磺5份、芳烃油25份、乙酸乙烯酯1份、水合硅酸镁5份、云母氧化铁灰3份、醋酸纤维素5份、空心玻璃微珠2份、炭黑15份、硼砂10份、偏苯三酸三辛酯6份、填料20份。本发明还公开了一种剑麻增强橡胶轮胎的制备方法。本发明具有优秀的硬度、断裂延伸率、耐磨性和拉伸强度。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎技术领域。更具体地说，本发明涉及一种剑麻增强橡胶轮胎及其制备方法。
背景技术
轮胎是汽车的重要部件之一，直接与路面接触，和汽车悬架共同缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的行驶平稳性。汽车轮胎应具备气密性、弹性、耐高温、抗老化等特点。丁基橡胶一般被应用在制作汽车轮胎上，但其存在硫化速度慢、与其他橡胶相容性差、不耐磨、承载力小等问题。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种剑麻增强橡胶轮胎及其制备方法，其具有优秀的硬度、断裂延伸率、耐磨性和拉伸强度。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种剑麻增强橡胶轮胎，包括以下重量份数的原料：
改性橡胶复配物140份、改性剑麻纤维5份、硫磺5份、芳烃油25份、乙酸乙烯酯1份、水合硅酸镁5份、云母氧化铁灰3份、醋酸纤维素5份、空心玻璃微珠2份、炭黑15份、硼砂10份、偏苯三酸三辛酯6份、填料20份；
改性橡胶复配物的制备方法为：将质量比为3:2:2的丁苯橡胶、顺丁橡胶、溴化丁基橡胶切成片状，在离子液体中浸泡10h，用丙酮清洗表面，烘干，应用等离子体浸没离子注入装置对丁苯橡胶、顺丁橡胶、溴化丁基橡胶进行碳离子注入，电压25kV，脉冲宽度20μs，脉冲重复频率150Hz，放电电流1.3A，工作气体压力3×10-2Pa，注入时间1h，即得；
改性剑麻纤维的制备方法为：将剑麻纤维置于0.1mol/L氢氧化钠溶液，控制温度为70℃、频率为60Hz，超声辐射10min，在离子液体中浸泡10h，用丙酮清洗表面，烘干，即得；
填料的制备方法为：将质量比5:10:1:1:1的钾长石、萤石、黑曜石、绿帘石、透辉石洗涤、粉碎、烘干、混合，于1000℃下煅烧1h，冷却至室温，得到第一混合物，将质量比为5:1:2:1的高岭土、活性炭、松针土、脱水污泥混合、过筛，紫外线辐射10h，在质量分数为10％的盐酸溶液中浸泡10h，清洗pH至7，干燥，得到第二混合物，将质量比为1:2的第一混合物、第二混合物混合，加入适量水与三甲基十六烷基溴化铵，在100r/min下分散，加入熔融的尼龙66，在300℃混炼30min，烘干粉碎成纳米粉末，即得。
优选的是，所述的剑麻增强橡胶轮胎，剑麻纤维为直径不大于200nm、长度不大于2μm的短纤维。
优选的是，所述的剑麻增强橡胶轮胎，高岭土、活性炭、松针土的平均粒径不大于200nm。
优选的是，所述的剑麻增强橡胶轮胎，离子源为纯度98％以上的石墨。
优选的是，所述的剑麻增强橡胶轮胎，离子液体为[BMIM]+[PF6]-。
优选的是，所述的剑麻增强橡胶轮胎的制备方法，将上述重量份数的改性橡胶复配物于30℃下预混炼20min，加入上述重量份数的改性剑麻纤维，继续混炼10min，再加入上述重量份数的其余原料，继续混炼10min，成型，于平板硫化机中进行硫化，控制温度100℃、压力5MPa，保持30min，即得。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明通过在橡胶中添加剑麻，提高辅料的分散性，以及轮胎的拉伸强度、硬度，无毒无污染；通过对橡胶改性，提高轮胎的滚动阻力；通过对剑麻改性，提高分子取向，以及弹性和断裂伸长率；通过添加填料，增加内胎的气密性，提高补强性能，增加与橡胶亲和力，具有绿色、环保的作用。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
<实施例1>
一种剑麻增强橡胶轮胎，包括以下重量份数的原料：改性橡胶复配物140份、改性剑麻纤维5份、硫磺5份、芳烃油25份、乙酸乙烯酯1份、水合硅酸镁5份、云母氧化铁灰3份、醋酸纤维素5份、空心玻璃微珠2份、炭黑15份、硼砂10份、偏苯三酸三辛酯6份、填料20份；
改性橡胶复配物的制备方法为：将质量比为3:2:2的丁苯橡胶、顺丁橡胶、溴化丁基橡胶切成片状，在离子液体[BMIM]+[PF6]-中浸泡10h，用丙酮清洗表面，烘干，应用等离子体浸没离子注入装置对丁苯橡胶、顺丁橡胶、溴化丁基橡胶进行碳离子注入，离子源为纯度98％以上的石墨，电压25kV，脉冲宽度20μs，脉冲重复频率150Hz，放电电流1.3A，工作气体压力3×10-2Pa，注入时间1h，即得；
改性剑麻纤维的制备方法为：将剑麻纤维置于0.1mol/L氢氧化钠溶液，控制温度为70℃、频率为60Hz，超声辐射10min，在离子液体[BMIM]+[PF6]-中浸泡10h，用丙酮清洗表面，烘干，即得，其中，剑麻纤维为直径不大于200nm、长度不大于2μm的短纤维；
填料的制备方法为：将质量比5:10:1:1:1的钾长石、萤石、黑曜石、绿帘石、透辉石洗涤、粉碎、烘干、混合，于1000℃下煅烧1h，冷却至室温，得到第一混合物，将质量比为5:1:2:1的高岭土、活性炭、松针土、脱水污泥混合、过筛，紫外线辐射10h，在质量分数为10％的盐酸溶液中浸泡10h，清洗pH至7，干燥，得到第二混合物，将质量比为1:2的第一混合物、第二混合物混合，加入适量水与三甲基十六烷基溴化铵，在100r/min下分散，加入熔融的尼龙66，在300℃混炼30min，烘干粉碎成纳米粉末，即得；其中，高岭土、活性炭、松针土的平均粒径不大于200nm。
一种剑麻增强橡胶轮胎的制备方法，将上述重量份数的改性橡胶复配物于30℃下预混炼20min，加入上述重量份数的改性剑麻纤维，继续混炼10min，再加入上述重量份数的其余原料，继续混炼10min，成型，于平板硫化机中进行硫化，控制温度100℃、压力5MPa，保持30min，即得。
<对比例1>
一种剑麻增强橡胶轮胎，配方及制备方法同实施例1，不同的是，改性橡胶复配物140份替换为质量比为3:2:2的丁苯橡胶、顺丁橡胶、溴化丁基橡胶的混合物，不经过改性处理。
<对比例2>
一种剑麻增强橡胶轮胎，配方及制备方法同实施例1，不同的是，改性剑麻纤维5份替换为剑麻纤维5份，不经过改性处理。
<对比例3>
一种剑麻增强橡胶轮胎，配方及制备方法同实施例1，不同的是，不添加填料。
<对比例4>
一种剑麻增强橡胶轮胎，配方及制备方法同实施例1，不同的是，不添加改性剑麻纤维。
<橡胶改性研究试验>
对实施例1与对比例1制备的轮胎进行滚动阻力测试，通过使用滚动阻力测试仪，在内部压力为230kPa、载荷为49N、速度为80km/h测试条件下，转动测试轮胎进行滚动阻力测试，将各试验组的滚动阻力以指数的形式表示，滚动阻力指数越大，滚动阻力越低，表示性能越出色。滚假设对比例1的滚动阻力指数为100，滚动阻力指数＝对比例1的滚动阻力/实施例1的滚动阻力×100，结果如表1所示。
表1
| 滚动阻力 | |
| 实施例1 | 165 |
| 对比例1 | 100 |
表1的结果说明，改性处理后的橡胶制备的轮胎，滚动阻力性能得到提高，性能更优。
<剑麻纤维改性研究试验>
对改性剑麻纤维与天然剑麻纤维进行拉伸性能、压缩弹性的测试，结果如表2所示。
表2
| 断裂伸长率/％ | 弹性模量/kg/mm2 | 压缩回弹率/％ | 回复功百分率/％ | |
| 改性剑麻纤维 | 4.85 | 16.29 | 10.77 | 11.36 |
| 天然剑麻纤维 | 3.02 | 55.98 | 9.58 | 7.38 |
表2的结果说明，改性处理后的剑麻纤维的弹性模量下降，断裂伸长率增加，压缩回弹力、回复功百分率增加，说明化学成分、微细结构均有所改善。
<填料粘合强力研究试验>
对实施例1与对比例4制备的轮胎胎身与胶座气门嘴底座进行粘合强力测试，结果如表3所示。
表3
| 粘合强力/N | |
| 实施例1 | 400 |
| 对比例4 | 150 |
表3的结果说明，添加有填料的橡胶制备的胎身与胶座气门嘴底座的粘合强力提高，增加内胎的气密性，提高补强性能。
<轮胎性能研究试验>
对实施例1、对比例1～4进行耐磨性、硬度、拉伸强度、断裂延伸率测试，结果如表4所示。
①耐摩耗性：ASTM D5963-2010，测试环境温度为23±2℃；采用DIN53516磨耗试验机；
耐摩耗指数＝对比例耐摩耗强度/实施例1耐摩耗强度×100
②硬度：邵氏A硬度：ASTM D2240-2010，采用德国Zwick公司的Z3130硬度计；
硬度指数＝对比例硬度/实施例1硬度×100
③拉伸强度：ASTM D412-2006，测试速度为500mm/min，测试环境温度是23±2℃；采用德国Zwick Z010拉力试验机；
拉伸强度指数＝对比例拉伸强度/实施例1拉伸强度×100
表4
由表4可以看出，对比例1由于没有对橡胶改性，其硬度、拉伸强度均明显降低，说明橡胶改性可以有效增强轮胎的硬度、拉伸强度，对比例2由于没有对剑麻纤维改性、对比例4由于没有添加剑麻纤维，轮胎的拉伸强度明显降低，说明剑麻纤维能够增强拉伸强度，改性的剑麻纤维能够显著增强拉伸强度，对比例3由于没有添加填料，耐磨性、硬度、拉伸强度均有一定程度降低，说明本申请的填料可以有效增强传送带的机械性能。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。
Claims (6)
1.一种剑麻增强橡胶轮胎，其特征在于，包括以下重量份数的原料：
改性橡胶复配物140份、改性剑麻纤维5份、硫磺5份、芳烃油25份、乙酸乙烯酯1份、水合硅酸镁5份、云母氧化铁灰3份、醋酸纤维素5份、空心玻璃微珠2份、炭黑15份、硼砂10份、偏苯三酸三辛酯6份、填料20份；
改性橡胶复配物的制备方法为：将质量比为3:2:2的丁苯橡胶、顺丁橡胶、溴化丁基橡胶切成片状，在离子液体中浸泡10h，用丙酮清洗表面，烘干，应用等离子体浸没离子注入装置对丁苯橡胶、顺丁橡胶、溴化丁基橡胶进行碳离子注入，电压25kV，脉冲宽度20μs，脉冲重复频率150Hz，放电电流1.3A，工作气体压力3×10-2Pa，注入时间1h，即得；
改性剑麻纤维的制备方法为：将剑麻纤维置于0.1mol/L氢氧化钠溶液，控制温度为70℃、频率为60Hz，超声辐射10min，在离子液体中浸泡10h，用丙酮清洗表面，烘干，即得；
填料的制备方法为：将质量比5:10:1:1:1的钾长石、萤石、黑曜石、绿帘石、透辉石洗涤、粉碎、烘干、混合，于1000℃下煅烧1h，冷却至室温，得到第一混合物，将质量比为5:1:2:1的高岭土、活性炭、松针土、脱水污泥混合、过筛，紫外线辐射10h，在质量分数为10％的盐酸溶液中浸泡10h，清洗pH至7，干燥，得到第二混合物，将质量比为1:2的第一混合物、第二混合物混合，加入适量水与三甲基十六烷基溴化铵，在100r/min下分散，加入熔融的尼龙66，在300℃混炼30min，烘干粉碎成纳米粉末，即得。
2.如权利要求1所述的剑麻增强橡胶轮胎，其特征在于，剑麻纤维为直径不大于200nm、长度不大于2μm的短纤维。
3.如权利要求1所述的剑麻增强橡胶轮胎，其特征在于，高岭土、活性炭、松针土的平均粒径不大于200nm。
4.如权利要求1所述的剑麻增强橡胶轮胎，其特征在于，离子源为纯度98％以上的石墨。
5.如权利要求1所述的剑麻增强橡胶轮胎，其特征在于，离子液体为[BMIM]+[PF6]-。
6.如权利要求1所述的剑麻增强橡胶轮胎的制备方法，其特征在于，将上述重量份数的改性橡胶复配物于30℃下预混炼20min，加入上述重量份数的改性剑麻纤维，继续混炼10min，再加入上述重量份数的其余原料，继续混炼10min，成型，于平板硫化机中进行硫化，控制温度100℃、压力5MPa，保持30min，即得。
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