CN114874509A - 橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

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CN114874509A CN202210485509.4A CN202210485509A CN114874509A CN 114874509 A CN114874509 A CN 114874509A CN 202210485509 A CN202210485509 A CN 202210485509A CN 114874509 A CN114874509 A CN 114874509A
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Abstract

本发明公开了一种橡胶组合物及其制备方法，属于橡胶技术领域。以重量配比计，包括：天然胶100份，羟基POSS 1‑3份，硅烷偶联剂5‑10份；所述羟基POSS八羟基丁基化‑POSS、反式‑环己二醇庚基‑POSS、三硅醇‑异辛基‑POSS、三硅醇苯基‑POSS中的任意一种；所述硅烷偶联剂为液体Si‑69，主要结构为双‑[γ‑(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。本发明应用于橡胶胶料方面，解决现有天然橡胶体系以白炭黑为补强材料存在不易分散的问题，可以减少滞后能量损失、降低胶料生热，明显提升胶料的可控性，提升胶料的可加工性。

Description

橡胶组合物及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，尤其涉及一种橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
轮胎由于本身具有温度敏感性，同时又是热的不良导体，故在使用过程中，由动态生热产生的热大量积累在材料内部，导致温度升高。从而，一方面会加速橡胶氧化，分子链断裂增多，出现软化现象；另一方面，升温也可能导致橡胶进一步支化交联，使橡胶的强度下降，表面硬化、龟裂而失去弹性，劣化制品性能，进而缩短制品使用寿命，增加安全风险。
现有轮胎常以天然橡胶和顺丁橡胶为主料，白炭黑为补强材料，三者共同作用以降低橡胶运行中的生热。其中，白炭黑拥有极小的颗粒直径、极高的表面能，可以降低橡胶30％的滚动阻力，减少生热。
然而，白炭黑自身以硅羟基的形式存在，容易凝聚成团，不易分散在橡胶中，因此限制了轮胎的安全性能的发挥。同时，其化学结构简单，活性位点单一，对其改性比较困难。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明所要解决的技术问题是克服现有天然橡胶体系以白炭黑为补强材料存在不易分散的问题，提出一种可以减少滞后能量损失、降低胶料生热，明显提升胶料的可控性，提升胶料的可加工性的橡胶组合物及其制备方法。
为解决所述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明一方面提供一种橡胶组合物，以重量配比计，包括：天然胶100份，羟基POSS1-3份，硅烷偶联剂5-10份；
所述羟基POSS八羟基丁基化-POSS、反式-环己二醇庚基-POSS、三硅醇-异辛基-POSS、三硅醇苯基-POSS中的任意一种；
所述硅烷偶联剂为液体Si-69，主要结构为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。
优选的，当所述羟基POSS选自八羟基丁基化-POSS时，其用量为1.0-2.0份；当所述羟基POSS选自反式-环己二醇庚基-POSS时，其用量为2.0-3.0份；当所述羟基POSS选自三硅醇-异辛基-POSS时，其用量为2.0-3.0份；当所述羟基POSS选自三硅醇苯基-POSS时，其用量为2.0-3.0份。
优选的，所述天然胶为颗粒胶，其采用低门尼体系，其ML1+4，100℃值为78±10度，塑性保持指数PRI不低于40％，拉伸强度不低于20MPa，扯断伸长率不低于700％。
优选的，以重量配比计，还包括：
炭黑30-45份，氧化锌2.0-8.0份，硬脂酸1.5-2.5份，防老剂2.5-4.5份，S 2.0-4.0份，促进剂1.0-2.0份。
优选的，以重量配比计，包括：天然胶100份，羟基POSS 2份，硅烷偶联剂5份，炭黑40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
优选的，所述炭黑为N330，DBP吸收值为102±6 10-5m3/kg；吸碘值为82±6g/kg，着色强度为104±8％。
优选的，所述促进剂为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺。
优选的，所述防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及单峰微晶防护蜡三者并用，其用量比为5：4：1。
本发明还提供上述任一技术方案所述的橡胶组合物的制备方法，依次包括一段混炼步骤、二段混炼步骤以及终炼步骤；
所述一段混炼步骤包括：将羟基POSS、硅烷偶联剂加入密炼机中进行混炼，然后加入天然胶、防老剂混炼，得到一段母胶；
所述二段混炼步骤包括：将所述一段母胶和硬脂酸、氧化锌、促进剂加入密炼机中进行混炼，得到二段母胶；
所述终炼步骤包括：将二段母胶和炭黑、硫磺加入密炼机中混炼，得到所述橡胶组合物。
优选的，所述一段混炼步骤具体包括：转子转速在30-45rpm，上顶栓压力6.0MPa，首先将羟基POSS、硅烷偶联剂加入密炼机中进行混炼60-70s，然后升栓；加入天然胶、防老剂，控制温度在80-85℃，混炼30-50s，升栓，停留20-30s后，混炼40-60秒，得到一段母胶；混炼工艺参数：混炼时间150-210s，排胶温度为155-165℃；将制备的一段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
所述二段混炼步骤具体包括：将一段母胶和硬脂酸、氧化锌、促进剂加入密炼机中进行混炼20-30s，然后升栓；停留10-30s，混炼50-60s，得到二段母胶；将制备的二段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
所述终炼步骤具体包括：转子转速20-40rpm，上顶栓压力5MPa，将二段母胶和炭黑、硫磺加入密炼机中，进行混炼70-80s，升栓，压栓，混炼30-40s，升栓，压栓，混炼至95-115℃排胶，用开炼机得到2mm厚的胶片，停放4h，经过平板硫化机后，得到所述橡胶组合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种橡胶组合物，可以通过改变羟基POSS的种类和数量实现胶料物化多种性能的调控，且不失加工性能；利用低门尼体系的天然胶全NR体系，以增强和羟基POSS的结合作用，保证羟基POSS与天然橡胶的全方位接触，有效解决了羟基POSS对加工带来了不利因素；
本发明还提供了上述橡胶组合物制备方法，得到的胶料拉伸强度高、磨耗好、生热低，实现了胶料物化性能的平衡，为深入扩展胶料的应用领域奠定基础。
具体实施方式
下面将对本发明具体实施例中的技术方案进行详细、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明总的技术方案的部分具体实施方式，而非全部的实施方式。基于本发明的总的构思，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都落于本发明保护的范围。
本发明一方面提供一种橡胶组合物，以重量配比计，包括：天然胶100份，羟基POSS1-3份，硅烷偶联剂5-10份；所述羟基POSS八羟基丁基化-POSS、反式-环己二醇庚基-POSS、三硅醇-异辛基-POSS、三硅醇苯基-POSS中的任意一种；所述硅烷偶联剂为液体Si-69，主要结构为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。其中，八羟基丁基化-POSS(A-POSS)的分子式为C56H136O28Si16，优选厂家为西安齐岳生物，货号为Q-0000321；反式-环己二醇庚基-POSS(B-POSS)的分子式为C36H78O15Si8，优选CAS号为408439-48-3，厂家为上海囤奎医药科技有限公司；三硅醇-异辛基(C-POSS)的分子式为C56H122O12Si7，优选CAS为444619-08-3，厂家为Sigma-Aldrich西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司，牌号为560391；三硅醇苯基-POSS(D-POSS)的分子式为C42H38O12Si7，优选CAS号为444315-26-8，厂家为福斯曼科技(北京)有限公司，产品编号：9502013。
该橡胶组合物中采用了羟基POSS代替白炭黑，多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)是一类具有特殊笼状结构的大分子化合物，它以Si—O键组成无机骨架核心，外围连接有机基团R，其具有纳米粒子所特有的磁学性能、热学效应、宏观量子效应等。与白炭黑相比，具有如下特点：POSS粒径较小，一般在1.5nm左右，可以认为具有是最小存在的SiO2形式；此外，POSS的无机骨架外侧连着有机基团R，可增大POSS与聚合物的相容性，克服传统无机纳米填料在聚合物中不易分散、相容性差的问题；另外，由于POSS上的反应性基团R可与聚合物链上的活性点反应，形成化学键合，可根据意愿人工调控及进行功能性设计。具体的，多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)是一类具有特殊笼状结构的大分子化合物，结构式为(RSiO1.5)n，是由Si-O键构成的环状结构，外围均为有机基团，有机基团可以是非反应性的或反应性的。与传统的无机纳米粒子相比，POSS因其结构的特殊性，其在性能上存在显著不同，主要体现在：①纳米尺寸效应，POSS的三维尺寸都在纳米尺度范围内，分子的平均尺寸为1-3nm，Si与Si平均键长约为0.5nm，与Si相连的R基团距离仅为1.5nm，可以认为其是具有最小存在的SiO2形式，因其具有高比表面积的纳米结构，把POSS引入纳米复合材料体系中可有效改善其性能；②分子内杂化结构，POSS内核为三维笼型对称的无机框架，由Si-O-Si相互链接而成，外围是与Si相连的8个有机取代基团R组成，是一种有机无机杂化分子，能够弥补无机材料与有机材料之间的性能空白区；③结构可设计性，可根据需要在POSS上八个顶点Si上，通过化学反应带上各种反应性基团R，制备不同功能化的POSS分子；④溶解性好，通过POSS上反应性基团R与聚合物链上的活性点反应，形成化学键合，可以增大POSS与聚合物的相容性，故能够克服传统无机纳米填料在聚合物中不易分散、相容性差的问题；⑤改善聚合物的生热特性，POSS具有大的体积和质量，将其与橡胶进行化学键合，可有效地降低橡胶大分子链端运动滞后，改善胶料的生热特性；⑥其他性能，POSS不释放挥发性有机成分，无味、无毒、无污染对环境友好。
需要说明的是，POSS的上述性能优势使其在橡胶领域存在巨大的应用潜力，其中，硅橡胶因其结构中存在Si-O键，其能与POSS反应，故可将POSS作为改性填料用来提升硅橡胶的力学性能、热稳定性能、阻燃性能、介电性能等物理化学性能。然而，在天然橡胶中没有Si-O键，因此，限制了POSS在天然橡胶的应用。为了使POSS应用在天然橡胶，必须对POSS的R基团进行修饰和功能化，引入活性基团，增加活性位点，常用的活性基团为羟基，通过硅烷化反应将POSS的羟基和橡胶之间进行键合，可以减少滞后能量损失，降低胶料生热，此外，POSS上羟基基团的数量将影响POSS和胶料的交联程度，从而调控胶料的物化性能，人为调控物化性能指标可以明显提升胶料的可控性，提升胶料的可加工性，为胶料下游产品提供便利的技术储备，增加了胶料的应用领域和附加值，提升胶料的附加值具有重要意义。本技术方案通过限定POSS的种类，将POSS替代白炭黑在橡胶提取物中使用，同时限定了硅烷偶联剂的种类及使用，具体限定硅烷偶联剂为液体Si-69，主要结构为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物，其结构中的四硫键与橡胶进行键合，而其中硅氧醇与POSS中的Si进行交联，实现POSS和橡胶的偶联，成功将POSS应用于天然橡胶体系中，其不但可以解决白炭黑难以分散的问题，而且可以根据POSS上有机基团根据需要对性能进行调控，改善单一依靠改变填充物的种类和数量的依赖性。如需要提升耐磨性，则在利用R基团与石墨类物质进行复合，有目的性的改善橡胶提取物的性能。用POSS上的有机基团进行人工调控，可以明显提升轮胎胶料的定制特性，提升胶料的特异性和人工调控性，为定制化轮胎提供了便利的技术储备，增加了胶料的应用领域和附加值，为发展高质量轮胎奠定基础，对增加轮胎的综合利用具有重要意义。
在一优选实施例中，当所述羟基POSS选自八羟基丁基化-POSS时，其用量为1.0-2.0份，此配方下可以提升橡胶组合物的韧性和弹性性能；当所述羟基POSS选自反式-环己二醇庚基-POSS时，其用量为2.0-3.0份，此配方下可以提升橡胶组合物的力学强度和韧性性能；当所述羟基POSS选自三硅醇-异辛基-POSS时，其用量为2.0-3.0份，此配方下可以提升橡胶组合物的耐磨性能，但热氧老化差；当所述羟基POSS选自三硅醇苯基-POSS时，其用量为2.0-3.0份，此配方下可以提升橡胶组合物的强度和耐老化性能。
在一优选实施例中，所述天然胶为颗粒胶，其采用低门尼体系，其ML1+4，100℃值为78±10度，塑性保持指数PRI不低于40％，拉伸强度不低于20MPa，扯断伸长率不低于700％。该橡胶组合物可以通过改变羟基POSS的种类和数量实现胶料物化多种性能的调控，且不失加工性能，同时本技术方案利用低门尼体系的天然胶全NR体系，以增强和羟基POSS的结合作用，保证羟基POSS与天然橡胶的全方位接触，有效解决了羟基POSS对加工带来的不利因素。
在一优选实施例中，以重量配比计，还包括：炭黑30-45份，氧化锌2.0-8.0份，硬脂酸1.5-2.5份，防老剂2.5-4.5份，S 2.0-4.0份，促进剂1.0-2.0份。优选的，以重量配比计，包括：天然胶100份，羟基POSS 2份，硅烷偶联剂5份，炭黑40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。所述硫化剂为普通硫磺，最常用的硫化剂，易溶于天然胶中。其中，硫化体系为高硫低促反应体系，该体系能和天然橡胶有更多的结合位点，能使POSS与天然橡胶之间进行有效调控，其硫化生成的多硫键，能够提升硫化胶料的拉伸强度、伸长率和撕裂强度，且耐疲劳性能优异。
在一优选实施例中，所述炭黑为N330，DBP吸收值为102±6 10-5m3/kg；吸碘值为82±6g/kg，着色强度为104±8％，拉伸强度高，定伸高，耐磨性高，加工性能好。
在一优选实施例中，所述促进剂为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，该促进剂是一种高度活泼的后效促进剂，抗焦烧性能优良，加工安全，硫化时间短，在硫化温度138℃以上时促进作用很强。
在一优选实施例中，所述防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及单峰微晶防护蜡三者并用，其用量比为5：4：1，有利于提高胶料的耐热老化、天候老化，对疲劳和臭氧龟裂防护性能优良，使用防护蜡，增加了胶料静态时的防护效能。
本发明还提供上述任一技术方案所述的橡胶组合物的制备方法，依次包括一段混炼步骤、二段混炼步骤以及终炼步骤；
所述一段混炼步骤包括：将羟基POSS、硅烷偶联剂加入密炼机中进行混炼，然后加入天然胶、防老剂混炼，得到一段母胶；
所述二段混炼步骤包括：将所述一段母胶和硬脂酸、氧化锌、促进剂加入密炼机中进行混炼，得到二段母胶；
所述终炼步骤包括：将二段母胶和炭黑、硫磺加入密炼机中混炼，得到所述橡胶组合物。
上述技术方案具体限定了加料顺序，原因在于
①羟基POSS、硅烷偶联剂和天然胶属于一个反应体系，发生硅烷偶联化反应，同时，第一段混炼温度较高，能够加快POSS与天然胶的反应速率，提高交联程度；此外，先加入防老剂是有利于胶料高温下混炼过程中发生老化现象；②氧化锌在硬脂酸的作用下形成锌皂，能与促进剂形成络合物，因此其体系要与促进剂一起添加，可以实现快速反应，提高硫化胶的交联密度，能够增加硫化的耐热性能。同时，促进剂对生胶有增塑作用，先加有利于混炼；③因硫磺的活性高，属于温度敏感的配合剂，故应选择最后加入，且与促进剂分开加入；④炭黑属于疏水性填料容易与胶料分散，故也安排至最后加入。
在一优选实施例中，所述一段混炼步骤具体包括：转子转速在30-45rpm，上顶栓压力6.0MPa，首先将羟基POSS、硅烷偶联剂加入密炼机中进行混炼60-70s，然后升栓；加入天然胶、防老剂，控制温度在80-85℃，混炼30-50s，升栓，停留20-30s后，混炼40-60秒，得到一段母胶；混炼工艺参数：混炼时间150-210s，排胶温度为155-165℃；将制备的一段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
所述二段混炼步骤具体包括：将一段母胶和硬脂酸、氧化锌、促进剂加入密炼机中进行混炼20-30s，然后升栓；停留10-30s，混炼50-60s，得到二段母胶；将制备的二段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
所述终炼步骤具体包括：转子转速20-40rpm，上顶栓压力5MPa，将二段母胶和炭黑、硫磺加入密炼机中，进行混炼70-80s，升栓，压栓，混炼30-40s，升栓，压栓，混炼至95-115℃排胶，用开炼机得到2mm厚的胶片，停放4h，经过平板硫化机后，得到所述橡胶组合物。
通过上述方法制备得到的橡胶组合物拉伸强度高、磨耗好，生热低，实现了胶料物化性能的平衡，为深入扩展胶料的应用领域奠定基础。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的橡胶组合物及其制备方法，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
本实施例提供了一种调控胶料物化性能的羟基POSS/天然橡胶组合物及其制备方法。
配方具体为：
以重量份数计，包括如下组分：天然胶100份，D-POSS 2份，硅烷偶联剂5份，高耐磨炭黑(HAF)N330 40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份；其中，采用颗粒胶1#，分子量为30万-35万，采用低粘度体系，门尼粘度为68度，且其中1,4-异戊二烯单元占颗粒胶橡胶链段质量的90％。
制备方法，包括以下步骤：
一段混炼：转子转速在45rpm，上顶栓压力6.0MPa，首先将羟基POSS、硅烷偶联剂加入密炼机中进行混炼70s，然后升栓。加入天然胶、防老剂，控制温度在85℃，混炼50s，升栓，停留30s后，混炼60s，得到一段母胶；混炼工艺参数：混炼时间210s，排胶温度为165℃；将制备的一段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
二段混炼：将一段母胶和硬脂酸、氧化锌、促进剂加入密炼机中进行混炼30s，然后升栓。停留30s，混炼60s，得到二段母胶；将制备的二段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
终炼：转子转速40rpm，上顶栓压力5MPa，将二段母胶和炭黑、硫磺加入密炼机中，进行混炼80s，升栓，压栓，混炼40s，升栓，压栓，混炼至115℃排胶，用开炼机得到2mm厚的胶片，停放4h，经过平板硫化机后，得到一种调控胶料物化性能的羟基POSS/天然橡胶组合物。
实施例2
本实施例提供了一种调控胶料物化性能的羟基POSS/天然橡胶组合物及其制备方法。
配方具体为：
以重量份数计，包括如下组分：天然胶100份，D-POSS 2.2份，硅烷偶联剂5份，高耐磨炭黑(HAF)N330 40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例提供了一种调控胶料物化性能的羟基POSS/天然橡胶组合物及其制备方法。
配方具体为：
以重量份数计，包括如下组分：天然胶100份，D-POSS 3份，硅烷偶联剂5份，高耐磨炭黑(HAF)N330 40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
制备方法同实施例1。
实施例4
本实施例提供了一种调控胶料物化性能的羟基POSS/天然橡胶组合物及其制备方法。
配方具体为：
以重量份数计，包括如下组分：天然胶100份，C-POSS 2份，硅烷偶联剂5份，高耐磨炭黑(HAF)N330 40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
制备方法同实施例1。
实施例5
本实施例提供了一种调控胶料物化性能的羟基POSS/天然橡胶组合物及其制备方法。
配方具体为：
以重量份数计，包括如下组分：天然胶100份，A-POSS 2份，硅烷偶联剂5份，高耐磨炭黑(HAF)N330 40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
制备方法同实施例1。
实施例6
本实施例提供了一种调控胶料物化性能的羟基POSS/天然橡胶组合物及其制备方法。
配方具体为：
以重量份数计，包括如下组分：天然胶100份，B-POSS 2份，硅烷偶联剂5份，高耐磨炭黑(HAF)N330 40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例提供了未添加羟基POSS天然橡胶组合物及其制备方法，具体配方为：天然胶100份，硅烷偶联剂5份，高耐磨炭黑N330 50份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
制备方法同实施例1。
对比例2
本对比例提供了未添加羟基POSS天然橡胶组合物及其制备方法，具体配方为：天然胶100份，硅烷偶联剂5份，白炭黑50份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
制备方法同实施例1。
性能测试
本发明对上述实施例1-6及对比例1-2制备得到的胶料进行了性能测试，具体的测试方法及测试结果如下所示：
测试方法：
胶料硫化采用151℃×30min条件硫化；胶料硬度测试按照GB/T531.1进行；胶料拉伸性能按照GB/T528进行；胶料撕裂性能按照GB/T529进行；
阿克隆磨耗按照GB/T1689进行；DIN磨耗按照GB/T9867进行；DMA按照GB/T9870.1进行，压缩生热按照GBT1687.3进行。
测试结果：
本发明对上述实施例1-6及对比例1-2制备得到的胶料测试结果见表1。
表1成品性能指标
Figure BDA0003629717500000121
通过表1可以看出，对比例1为现有的常用橡胶组合物配方，生胶体系采用天然橡并用炭黑，其拉伸性能和撕裂性能较好，耐磨能力较好，但胶料生热高；老化后期，力学性能显著下降。对比例2采用白炭黑体系，扯断伸长率高，压缩生热低，但其定神应力较低。实施例采用本发明技术方案后，胶料拉伸性能、撕裂性能显著提升，但其磨耗能力虽不如对比例1，但其生热性能要优于对比例1。老化后，胶料拉伸性能和磨耗性能损失较少。综合而言，实施例显示出较好的耐磨性，较低的生热性能。此外，通过实施例1-3可以看出，相同羟基基团随着数量增加，其拉伸性能提高，具有较好的调控性能。虽耐磨有所下降，但胶料压缩生热好。另外，从实施例1,4,5,6比较可以看出，实施例5的综合物料性能最佳。利用本发明所提供的橡胶组合物配方及其制备方法最终制备得到一种兼具高拉伸、高耐磨、低滞后损失的羟基POSS天然橡胶组合物，能够解决现有技术中的橡胶物性无法调控，综合性能不能兼顾的技术问题。

Claims (10)

1.一种橡胶组合物，其特征在于，以重量配比计，包括：天然胶100份，羟基POSS 1-3份，硅烷偶联剂5-10份；
所述羟基POSS八羟基丁基化-POSS、反式-环己二醇庚基-POSS、三硅醇-异辛基-POSS、三硅醇苯基-POSS中的任意一种；
所述硅烷偶联剂为液体Si-69，主要结构为双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，当所述羟基POSS选自八羟基丁基化-POSS时，其用量为1.0-2.0份；当所述羟基POSS选自反式-环己二醇庚基-POSS时，其用量为2.0-3.0份；当所述羟基POSS选自三硅醇-异辛基-POSS时，其用量为2.0-3.0份；当所述羟基POSS选自三硅醇苯基-POSS时，其用量为2.0-3.0份。
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述天然胶为颗粒胶，其采用低门尼体系，其ML1+4，100℃值为78±10度，塑性保持指数PRI不低于40％，拉伸强度不低于20MPa，扯断伸长率不低于700％。
4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，以重量配比计，还包括：
炭黑30-45份，氧化锌2.0-8.0份，硬脂酸1.5-2.5份，防老剂2.5-4.5份，S 2.0-4.0份，促进剂1.0-2.0份。
5.根据权利要求4所述的橡胶组合物，其特征在于，以重量配比计，包括：天然胶100份，羟基POSS 2份，硅烷偶联剂5份，炭黑40份，氧化锌8份，硬脂酸2.5份，防老剂2.5份，S 3份，促进剂1份。
6.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述炭黑为N330，DBP吸收值为102±6 10-5m3/kg；吸碘值为82±6g/kg，着色强度为104±8％。
7.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述促进剂为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺。
8.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及单峰微晶防护蜡三者并用，其用量比为5：4：1。
9.根据权利要求1-8任一项所述的橡胶组合物的制备方法，其特征在于，依次包括一段混炼步骤、二段混炼步骤以及终炼步骤；
所述一段混炼步骤包括：将羟基POSS、硅烷偶联剂加入密炼机中进行混炼，然后加入天然胶、防老剂混炼，得到一段母胶；
所述二段混炼步骤包括：将所述一段母胶和硬脂酸、氧化锌、促进剂加入密炼机中进行混炼，得到二段母胶；
所述终炼步骤包括：将二段母胶和炭黑、硫磺加入密炼机中混炼，得到所述橡胶组合物。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述一段混炼步骤具体包括：转子转速在30-45rpm，上顶栓压力6.0MPa，首先将羟基POSS、硅烷偶联剂加入密炼机中进行混炼60-70s，然后升栓；加入天然胶、防老剂，控制温度在80-85℃，混炼30-50s，升栓，停留20-30s后，混炼40-60秒，得到一段母胶；混炼工艺参数：混炼时间150-210s，排胶温度为155-165℃；将制备的一段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
所述二段混炼步骤具体包括：将一段母胶和硬脂酸、氧化锌、促进剂加入密炼机中进行混炼20-30s，然后升栓；停留10-30s，混炼50-60s，得到二段母胶；将制备的二段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
所述终炼步骤具体包括：转子转速20-40rpm，上顶栓压力5MPa，将二段母胶和炭黑、硫磺加入密炼机中，进行混炼70-80s，升栓，压栓，混炼30-40s，升栓，压栓，混炼至95-115℃排胶，用开炼机得到2mm厚的胶片，停放4h，经过平板硫化机后，得到所述橡胶组合物。
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