TWI611912B - 彈性物質強化用複合材料及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本案係提供一種抗老化橡膠之製造方法,包含下列步驟:將一碳管材料或一石墨烯材料預先加入一橡膠加工油中,並在此過程中均勻混合,以得到一橡膠強化複合材料;以及將該橡膠強化複合材料與一主膠、一填充劑以及一交聯劑混合。

Description

彈性物質強化用複合材料及其製造方法
本發明係關於一種彈性物質強化用複合材料及其製造方法,尤指一種橡膠或矽膠強化用複合材料及其製造方法。
以往在製作橡膠時,一般係直接將奈米碳材及加工油分別混煉於橡膠製程中。橡膠可為天然橡膠、通用橡膠或特種合成橡膠,此方法之缺點為(1)打料過程粉末亂飛;(2)橡膠加工油混煉後,增加橡膠可塑性,但是使耐磨特性低、老化特性較差,同時橡膠物性下降(拉伸應力、模數或撕裂強度)及導電特性下降。
為了克服習知技藝的上述缺點,本案發明人乃經悉心試驗與研究,並一本鍥而不捨之精神,終創作出本案「彈性物質強化用複合材料及其製造方法」,以解決習知技藝之缺點。
本發明涉及一種含有奈米碳材((單層、少層及多層奈米碳管)、石墨烯、石墨烯微片等)的橡膠強化加工高分子材料,以此橡膠強化加工高分子材料混煉打料過程不會有粉末亂飛的現象。本案的橡膠強化加工高分子材料黏度比原來橡膠製程加工油(矽油、石蠟基橡膠加工油、高環烷烴橡膠加工油、TDAE橡膠加工油)更高,其黏度介於1000~30萬cps之 間,並使橡膠硬度值提升少於3度以內,而使橡膠拉伸強度、撕裂強度及伸長率數值同時提高,或使橡膠硬度值提升少於3度以內,而使橡膠抗老化特性加強,且提高橡膠導電特性(表面電阻特性下降、體電阻特性下降)。
本案之一面向係提供一種抗老化橡膠之製造方法,包含下列步驟:將一碳管材料或一石墨烯材料預先加入一橡膠加工油中,並在此過程中均勻混合,以得到一橡膠強化複合材料;以及將該橡膠強化複合材料與一主膠、一填充劑以及一交聯劑混合。
本案之另一面向係提供一種彈性物質強化用複合材料,係由下列物質所組成:一碳材;以及一彈性物質加工油,其中該複合材料的黏度值範圍為1000cps~30萬cps。
本案之再一面向係提供一種彈性物質強化用複合材料之製造方法,包含下列步驟:備製一碳材;備製一彈性物質加工油;以及均勻混合該碳材及該彈性物質加工油。
本案之功效與目的,可藉由下列實施方式說明,俾得更深入之了解。
本發明係關於一種抗老化橡膠或矽膠之製造方法,將強化複合材料加入橡膠或矽膠製程中,使橡膠或矽膠產品特性更好。將奈米碳管或石墨烯加入橡膠或矽膠加工油中,並充分機械式分散,例如:滾筒球珠混和分散、葉片剪切力攪拌分散、高壓均質分散等具有剪切力的機械方式, 製成含奈米碳管/石墨烯的強化複合材料,並於此過程中加熱,加熱溫度為30~100℃。奈米碳管或石墨稀可經過表面處理,表面處理方法可用化學改質方法或物理改質方法。化學改質方法可以是加入偶合劑(矽烷偶聯劑及鈦酸酯偶聯劑等化學接枝改質)改質碳管增加橡膠或矽膠材料機械強度;物理改質方法可以是電漿處理。橡膠或矽膠加工油組成為含不同比例的的石蠟、環烷或芳香族的加工油,加工油的種類為高環浣烴加工油、環保型橡膠加工油TDAE、石蠟基橡膠加工油或矽基橡膠加工油(矽油)。此外,在非矽基橡膠(如合成橡膠)的製程中,可加入加工助劑,像是乙二醇(如PEG)或塑化劑,如此製作出來的強化複合材料之黏度特性比目前市售的橡膠或矽膠加工油更高,其黏度值為1000cps~30萬cps。然後,將該強化複合材料與一主膠、一填充劑以及一交聯劑混合。該奈米碳管或該石墨烯佔該強化複合材料的比例為0.001~30wt%,更佳為0.1~5wt%。該填充劑佔該橡膠或矽膠的比例為10~75%,更佳為25~50%。該填充劑為一碳黑、一白煙、一碳纖或一玻纖。
上述之強化複合材料可以使橡膠或矽膠製品硬度值提升少於3度以內,拉伸強度、撕裂強度及伸長率數值同時提高;或是硬度值提升少於3度以內,抗老化特性也同時加強。該強化複合材料在製造橡膠或矽膠時的添加份數為小於20phr,更佳為小於10phr。該強化複合材料可以使橡膠或矽膠更抗老化,使輪胎胎面(頂部及底部)膠、胎(邊)側膠及裡襯產品特性更好。當輪胎的胎面膠加入以上比例材料時,可提升其抗老化性,進而提升壽命或降低胎面膠整體用量,使得重量更輕、整個輪胎運轉時耗能更低,可降低成本。且加入該強化複合材料可以使橡膠或矽膠的導電特 性微幅提升(電阻率降低100倍以內),例如:實施例1之表面電阻率由3.6 x 104ohms/sq降低至1.8 x 104ohms/sq。
實施例1:
SBR橡膠-混煉10phr高環烷烴橡膠油v.s.混煉10phr強化複合材料(內含碳管與高環烷烴橡膠加工油)(例如為凝膠狀)
測試配方:
Figure TWI611912BD00001
測試數據:
Figure TWI611912BD00002
Figure TWI611912BD00003
實施例2:
SBR橡膠-混煉10phr環保型橡膠加工油TDAE v.s.混煉10phr強化複合材料(內含碳管與環保型橡膠加工油TDAE)
測試配方:
Figure TWI611912BD00004
Figure TWI611912BD00005
測試數據:
Figure TWI611912BD00006
上述之龜裂成長測試規範使用的是測試規範-ASTM D813,測試法為De Mattia Flexing machine,測試條件為溫度150℃、頻率5Hz、彎折行程57mm。開始龜裂指的是裂口寬度小於0.1mm,顯著龜裂指的是裂口寬度小於0.2mm。
實施例3:
SBR橡膠-混煉10phr環保型橡膠加工油TDAE v.s.混煉10phr、20phr強化複合材料(內含石墨烯與環保型橡膠加工油TDAE)
測試配方:
Figure TWI611912BD00007
Figure TWI611912BD00008
測試數據:
Figure TWI611912BD00009
由以上實施例1-3可發現,混煉有本案之強化複合材料的橡膠,不論是使用何種加工油添加碳管或石墨烯,其拉伸應力、伸長率及撕 裂強度均有提升,而表面電阻率則微幅下降,這代表了橡膠的物性提升、抗老化特性加強、以及抗靜電特性增加。而在實施例2中更可發現一般TDAE的配方在龜裂成長特性測試一萬次後即開始龜裂,三萬次後即有顯著龜裂,然而添加本案之強化複合材料可延遲龜裂成長出現時間至測試八萬次始出現。
實施例4:
測試配方:
Figure TWI611912BD00010
SBR為充油SBR,如SBR-1723、SBR-1712等充油SBR橡膠 或是SSBR橡膠。
測試數據:
Figure TWI611912BD00011
而由實施例4可以瞭解到,當強化複合材料的添加份數為2 phr、5phr以及12phr時,添加強化複合材料2phr在拉伸強度、撕裂強度方面即有相當優異之表現。綜合實施例1-4而言,強化複合材料的添加份數可為小於20phr,較佳為小於10phr。
實施例:
1. 一種抗老化橡膠之製造方法,包含下列步驟:將一碳管材料或一石墨烯材料預先加入一橡膠加工油中,並在此過程中均勻混和,以得到一橡膠強化複合材料;以及將該橡膠強化複合材料與一主膠、一填充劑以及一交聯劑混合。
2. 如實施例1所述之方法,其中該碳管材料或該石墨烯材料佔該橡膠強化複合材料的比例為0.001~30wt%。
3. 如實施例1-2所述之方法,其中該碳管材料或該石墨烯材料佔該橡膠強化複合材料的比例為0.1~5wt%。
4. 如實施例1-3所述之方法,其中該填充劑佔該橡膠的比例為10~75%。
5. 如實施例1-4所述之方法,其中該填充劑佔該橡膠的比例為25~50%。
6. 如實施例1-5所述之方法,其中該填充劑為一碳黑、一白煙、一碳纖或一玻纖。
7. 一種彈性物質強化用複合材料,係由下列物質所組成:一碳材;以及一彈性物質加工油,其中該複合材料的黏度值範圍為1000cps~30萬cps。
8. 如實施例7所述之複合材料,其中在製造彈性物質時的添 加份數為小於20phr。
9. 如實施例7-8所述之複合材料,其中在製造彈性物質時的添加份數為小於10phr。
10. 一種彈性物質強化用複合材料之製造方法,包含下列步驟:備製一碳材;備製一彈性物質加工油;以及均勻混合該碳材及該彈性物質加工油。
11. 如實施例10所述之方法,其中:該碳材係一奈米碳管材料或一石墨烯材料;該彈性物質係一橡膠或一矽膠;該彈性物質之一彈性模數範圍係小於1400MPa;該混合步驟包括滾筒球珠混合分散、葉片剪切力攪拌分散、和高壓均質分散的至少其中之一;該奈米碳管材料或該石墨烯材料可預先經歷一表面處理;該表面處理包括一物理改質處理以及一化學改質處理;以及該彈性物質加工油包括一高環烷烴加工油、一環保型橡膠加工油TDAE、一石蠟基橡膠加工油以及一矽基橡膠加工油(矽油)。
本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾,然皆不脫本案申請專利範圍所欲保護者。

Claims (10)

  1. 一種抗老化橡膠之製造方法,包含下列步驟:將一碳管材料或一石墨烯材料預先加入一橡膠加工油中,並在此過程中將上述均勻混合,以得到一橡膠強化複合材料;以及將該橡膠強化複合材料與一主膠、一填充劑以及一交聯劑混合,其中該填充劑佔該抗老化橡膠的比例為10~75%。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該碳管材料或該石墨烯材料佔該橡膠強化複合材料的比例為0.001~30wt%。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法,其中該碳管材料或該石墨烯材料佔該橡膠強化複合材料的比例為0.1~5wt%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該填充劑佔該抗老化橡膠的比例為25~50%。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該填充劑為一碳黑、一白煙、一碳纖或一玻纖。
  6. 一種彈性物質強化用複合材料,係由下列物質所組成:一碳材;以及一彈性物質加工油,其中該複合材料的黏度值範圍為1000cps~30萬cps;以及一填充劑,其中該填充劑佔該彈性物質強化用複合材料的比例為10~75%。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之複合材料,其中在製造彈性物質時的添加份 數為小於20phr,以及該填充劑為一碳黑、一白煙、一碳纖或一玻纖。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之複合材料,其中在製造彈性物質時的添加份數為小於10phr。
  9. 一種彈性物質強化用複合材料之製造方法,包含下列步驟:備製一碳材;備製一彈性物質加工油;備製一填充劑,其中該填充劑佔該彈性物質強化用複合材料的比例為10~75%;以及均勻混合該碳材、該彈性物質加工油及該填充劑。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法,其中:該碳材係一奈米碳管材料或一石墨烯材料;該彈性物質係一橡膠或一矽膠;該彈性物質之一彈性模數範圍係小於1400MPa;該填充劑為一碳黑、一白煙、一碳纖或一玻纖;該混合步驟包括滾筒球珠混合分散、葉片剪切力攪拌分散、和高壓均質分散的至少其中之一;該奈米碳管材料或該石墨烯材料可預先經歷一表面處理;該表面處理包括一物理改質處理以及一化學改質處理;以及該彈性物質加工油包括一高環烷烴加工油、一環保型橡膠加工油TDAE、一石蠟基橡膠加工油以及一矽基橡膠加工油(矽油)。
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