CN108517058A - 弹性物质强化用复合材料及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本案系提供一种抗老化橡胶的制造方法，包含下列步骤：将一碳管材料或一石墨烯材料预先加入一橡胶加工油中，并在此过程中均匀混合，以得到一橡胶强化复合材料；以及将所述橡胶强化复合材料与一主胶、一填充剂以及一交联剂混合。
Description
技术领域
本发明系关于一种弹性物质强化用复合材料及其制造方法，尤指一种橡胶或硅胶强化用复合材料及其制造方法。
背景技术
以往在制作橡胶时，一般系直接将纳米碳材及加工油分别混炼于橡胶工艺中。橡胶可为天然橡胶、通用橡胶或特种合成橡胶，此方法的缺点为(1)打料过程粉末乱飞；(2)橡胶加工油混炼后，增加橡胶可塑性，但是使耐磨特性低、老化特性较差，同时橡胶物性下降(拉伸应力、模数或撕裂强度)及导电特性下降。
为了克服现有技术的上述缺点，本案发明人乃经悉心试验与研究，并一本锲而不舍的精神，终创作出本案「弹性物质强化用复合材料及其制造方法」，以解决现有技术的缺点。
发明内容
本发明涉及一种含有纳米碳材((单层、少层及多层纳米碳管)、石墨烯、石墨烯微片等)的橡胶强化加工高分子材料，以此橡胶强化加工高分子材料混炼打料过程不会有粉末乱飞的现象。本案的橡胶强化加工高分子材料粘度比原来橡胶工艺加工油(硅油、石蜡基橡胶加工油、高环烷烃橡胶加工油、TDAE橡胶加工油)更高，其粘度介于1000～30万cps之间，并使橡胶硬度值提升少于3度以内，而使橡胶拉伸强度、撕裂强度及伸长率数值同时提高，或使橡胶硬度值提升少于3度以内，而使橡胶抗老化特性加强，且提高橡胶导电特性(表面电阻特性下降、体电阻特性下降)。
本案的一面向系提供一种抗老化橡胶的制造方法，包含下列步骤：将一碳管材料或一石墨烯材料预先加入一橡胶加工油中，并在此过程中均匀混合，以得到一橡胶强化复合材料；以及将所述橡胶强化复合材料与一主胶、一填充剂以及一交联剂混合。
本案的另一面向系提供一种弹性物质强化用复合材料，系由下列物质所组成：一碳材；以及一弹性物质加工油，其中所述复合材料的粘度值范围为1000cps～30万cps。
本案的再一面向系提供一种弹性物质强化用复合材料的制造方法，包含下列步骤：备制一碳材；备制一弹性物质加工油；以及均匀混合所述碳材及所述弹性物质加工油。
本案的功效与目的，可藉由下列实施方式说明，俾得更深入的了解。
附图说明
无。
具体实施方式
本发明系关于一种抗老化橡胶或硅胶的制造方法，将强化复合材料加入橡胶或硅胶工艺中，使橡胶或硅胶产品特性更好。将纳米碳管或石墨烯加入橡胶或硅胶加工油中，并充分机械式分散，例如：滚筒球珠混和分散、叶片剪切力搅拌分散、高压均质分散等具有剪切力的机械方式，制成含纳米碳管/石墨烯的强化复合材料，并于此过程中加热，加热温度为30～100℃。纳米碳管或石墨稀可经过表面处理，表面处理方法可用化学改质方法或物理改质方法。化学改质方法可以是加入偶合剂(硅烷偶联剂及钛酸酯偶联剂等化学接枝改质)改质碳管增加橡胶或硅胶材料机械强度；物理改质方法可以是电浆处理。橡胶或硅胶加工油组成为含不同比例的的石蜡、环烷或芳香族的加工油，加工油的种类为高环浣烃加工油、环保型橡胶加工油TDAE、石蜡基橡胶加工油或硅基橡胶加工油(硅油)。此外，在非硅基橡胶(如合成橡胶)的工艺中，可加入加工助剂，像是乙二醇(如PEG)或塑化剂，如此制作出来的强化复合材料的粘度特性比目前市售的橡胶或硅胶加工油更高，其粘度值为1000cps～30万cps。然后，将所述强化复合材料与一主胶、一填充剂以及一交联剂混合。所述纳米碳管或所述石墨烯占所述强化复合材料的比例为0.001～30wt％，更佳为0.1～5wt％。所述填充剂占所述橡胶或硅胶的比例为10～75％，更佳为25～50％。所述填充剂为一碳黑、一白烟、一碳纤或一玻纤。
上述的强化复合材料可以使橡胶或硅胶制品硬度值提升少于3度以内，拉伸强度、撕裂强度及伸长率数值同时提高；或是硬度值提升少于3度以内，抗老化特性也同时加强。所述强化复合材料在制造橡胶或硅胶时的添加份数为小于20phr，更佳为小于10phr。所述强化复合材料可以使橡胶或硅胶更抗老化，使轮胎胎面(顶部及底部)胶、胎(边)侧胶及里衬产品特性更好。当轮胎的胎面胶加入以上比例材料时，可提升其抗老化性，进而提升寿命或降低胎面胶整体用量，使得重量更轻、整个轮胎运转时耗能更低，可降低成本。且加入所述强化复合材料可以使橡胶或硅胶的导电特性微幅提升(电阻率降低100倍以内)，例如：实施例1的表面电阻率由3.6x104ohms/sq降低至1.8x104ohms/sq。
实施例1：
SBR橡胶-混炼10phr高环烷烃橡胶油v.s.混炼10phr强化复合材料(内含碳管与高环烷烃橡胶加工油)(例如为凝胶状)
测试配方：
测试数据：
实施例2：
SBR橡胶-混炼10phr环保型橡胶加工油TDAE v.s.混炼10phr强化复合材料(内含碳管与环保型橡胶加工油TDAE)
测试配方：
测试数据：
上述的龟裂成长测试规范使用的是测试规范-ASTM D813，测试法为De MattiaFlexing machine，测试条件为温度150℃、频率5Hz、弯折行程57mm。开始龟裂指的是裂口宽度小于0.1mm，显著龟裂指的是裂口宽度小于0.2mm。
实施例3：
SBR橡胶-混炼10phr环保型橡胶加工油TDAE v.s.混炼10phr、20phr强化复合材料(内含石墨烯与环保型橡胶加工油TDAE)
测试配方：
测试数据：
由以上实施例1-3可发现，混炼有本案的强化复合材料的橡胶，不论是使用何种加工油添加碳管或石墨烯，其拉伸应力、伸长率及撕裂强度均有提升，而表面电阻率则微幅下降，这代表了橡胶的物性提升、抗老化特性加强、以及抗静电特性增加。而在实施例2中更可发现一般TDAE的配方在龟裂成长特性测试一万次后即开始龟裂，三万次后即有显著龟裂，然而添加本案的强化复合材料可延迟龟裂成长出现时间至测试八万次始出现。
实施例4：
测试配方：
SBR为充油SBR，如SBR-1723、SBR-1712等充油SBR橡胶或是SSBR橡胶。
测试数据：
而由实施例4可以了解到，当强化复合材料的添加份数为2phr、5phr以及12phr时，添加强化复合材料2phr在拉伸强度、撕裂强度方面即有相当优异的表现。综合实施例1-4而言，强化复合材料的添加份数可为小于20phr，优选为小于10phr。
实施例：
1.一种抗老化橡胶的制造方法，包含下列步骤：将一碳管材料或一石墨烯材料预先加入一橡胶加工油中，并在此过程中均匀混和，以得到一橡胶强化复合材料；以及将所述橡胶强化复合材料与一主胶、一填充剂以及一交联剂混合。
2.如实施例1所述的方法，其中所述碳管材料或所述石墨烯材料占所述橡胶强化复合材料的比例为0.001～30wt％。
3.如实施例1-2所述的方法，其中所述碳管材料或所述石墨烯材料占所述橡胶强化复合材料的比例为0.1～5wt％。
4.如实施例1-3所述的方法，其中所述填充剂占所述橡胶的比例为10～75％。
5.如实施例1-4所述的方法，其中所述填充剂占所述橡胶的比例为25～50％。
6.如实施例1-5所述的方法，其中所述填充剂为一碳黑、一白烟、一碳纤或一玻纤。
7.一种弹性物质强化用复合材料，系由下列物质所组成：一碳材；以及一弹性物质加工油，其中所述复合材料的粘度值范围为1000cps～30万cps。
8.如实施例7所述的复合材料，其中在制造弹性物质时的添加份数为小于20phr。
9.如实施例7-8所述的复合材料，其中在制造弹性物质时的添加份数为小于10phr。
10.一种弹性物质强化用复合材料的制造方法，包含下列步骤：备制一碳材；备制一弹性物质加工油；以及均匀混合所述碳材及所述弹性物质加工油。
11.如实施例10所述的方法，其中：所述碳材系一纳米碳管材料或一石墨烯材料；所述弹性物质系一橡胶或一硅胶；所述弹性物质之一弹性模数范围系小于1400MPa；所述混合步骤包括滚筒球珠混合分散、叶片剪切力搅拌分散、和高压均质分散的至少其中之一；所述纳米碳管材料或所述石墨烯材料可预先经历一表面处理；所述表面处理包括一物理改质处理以及一化学改质处理；以及所述弹性物质加工油包括一高环烷烃加工油、一环保型橡胶加工油TDAE、一石蜡基橡胶加工油以及一硅基橡胶加工油(硅油)。
本案得由熟习此技术的人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱本案权利要求所欲保护者。
Claims (11)
1.一种抗老化橡胶的制造方法，包含下列步骤：
将碳管材料或石墨烯材料预先加入橡胶加工油中，并在此过程中将上述均匀混合，以得到橡胶强化复合材料；以及
将所述橡胶强化复合材料与主胶、填充剂以及交联剂混合。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳管材料或所述石墨烯材料占所述橡胶强化复合材料的比例为0.001～30wt％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述碳管材料或所述石墨烯材料占所述橡胶强化复合材料的比例为0.1～5wt％。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述填充剂占所述橡胶的比例为10～75％。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述填充剂占所述橡胶的比例为25～50％。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述填充剂为碳黑、白烟、碳纤或玻纤。
7.一种弹性物质强化用复合材料，系由下列物质所组成：
碳材；以及
弹性物质加工油，其中所述复合材料的粘度值范围为1000cps～30万cps。
8.根据权利要求7所述的复合材料，其中在制造弹性物质时的添加份数为小于20phr。
9.根据权利要求8所述的复合材料，其中在制造弹性物质时的添加份数为小于10phr。
10.一种弹性物质强化用复合材料的制造方法，包含下列步骤：
备制碳材；
备制弹性物质加工油；以及
均匀混合所述碳材及所述弹性物质加工油。
11.根据权利要求10所述的方法，其中：
所述碳材系纳米碳管材料或石墨烯材料；
所述弹性物质系橡胶或硅胶；
所述弹性物质的弹性模数范围系小于1400MPa；
所述混合步骤包括滚筒球珠混合分散、叶片剪切力搅拌分散、和高压均质分散的至少其中之一；
所述纳米碳管材料或所述石墨烯材料可预先经历表面处理；
所述表面处理包括物理改质处理以及化学改质处理；以及
所述弹性物质加工油包括高环烷烃加工油、环保型橡胶加工油TDAE、石蜡基橡胶加工油以及硅基橡胶加工油(硅油)。
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