碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶及其应用

摘要

本发明公开了碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶50‑60份、裂解炭黑40‑60份、天然橡胶80‑100份、氧化锌15‑25份、二丁基二氯化锡8‑12份、偶联剂5‑9份、硫化剂8‑12份；本发明还公开了其在高性能轮胎胎面中的应用。本发明在发挥碳纳米管优异性能优势的同时有效降低轮胎的生产成本，具有耐磨性和导热系数高、滚动阻力和耐久生热低、生产成本低的优异性能。本发明的碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶无异味及有害物质，对人体无害，显著提高胎面胶的各项性能，可用于生产高性能轮胎，安全环保，具有广阔的市场前景。

权利要求

1.碳纳米管复合轮胎用胎面胶，其特征在于，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶50-60份、裂解炭黑40-60份、天然橡胶80-100份、氧化锌15-25份、二丁基二氯化锡8-12份、偶联剂5-9份、硫化剂8-12份；

所述碳纳米管母胶是由碳纳米管、天然橡胶和促进剂按照1：1-1.5：0.4-0.6的重量比混炼制得的；

所述促进剂是由磺化聚丙烯酰胺、羟丙基二淀粉磷酸酯、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和

2-乙基-4-甲基咪唑按照1：1-1.5：2-3：0.5-0.9的重量比制得的；

所述磺化聚丙烯酰胺分子量在200万-300万之间，磺化度在20%-28%之间。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管复合轮胎用胎面胶，其特征在于，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶55份、裂解炭黑50份、天然橡胶90份、氧化锌

20份、二丁基二氯化锡10份、偶联剂7份、硫化剂10份。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管复合轮胎用胎面胶，其特征在于，所述碳纳米管母胶是由碳纳米管、天然橡胶和促进剂按照1：1.3：0.5的重量比混炼制得的。

4.根据权利要求1或3所述的碳纳米管复合轮胎用胎面胶，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或改性碳纳米管粉。

5.根据权利要求1或2所述的碳纳米管复合轮胎用胎面胶，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝锆偶联剂。

6.根据权利要求1或2所述的碳纳米管复合轮胎用胎面胶，其特征在于，所述硫化剂为硫磺。

7.一种权利要求1或2所述的碳纳米管复合轮胎用胎面胶的应用，其特征在于，该碳纳米管复合轮胎用胎面胶应用于轮胎胎面。

说明书

碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶及其应用

技术领域

[0001] 本发明属于轮胎制造技术领域，具体涉及一种碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶及其应用。

背景技术

[0002] 我国轮胎年产量居世界第一，但还不是轮胎强国，国外轮胎企业在高性能轮胎制造上实施技术和贸易壁垒，导致国产轮胎品质只能达到中低端，企业利润微薄。与此同时，我国每年有大量废旧橡胶制品被当做废品和垃圾处理，不仅造成大量的资源浪费，还造成的“黑色污染”成为日益严重的环境问题。而目前对废旧轮胎的回收应用多集中在轮胎翻新、环保再生胶与胶粉生产等低档次产品上。

[0003] 碳纳米管的硬度或模量与金刚石相当，杨氏模量约为1.8TPa；拉伸强度约为200GPa，是钢的强度高100倍，重量却只有后者的1/6到1/7。同时，碳纳米管的弹性应变最高可达到12%左右，拥有像弹簧一样良好的柔韧性。碳纳米管的电导率可达到铜的1万倍，导热性也非常好。因此，碳纳米管被称为“超级纤维”。由于碳纳米管具有与炭黑相似的表面结构和化学组成，是一种能够用于橡胶复合材料的理想增强填料，赋予橡胶制品高强度、高耐磨、高导电、高导热等性能，在航空航天、舰艇工业、交通运输等领域具有广阔的应用前景。
但是由于碳纳米管具有极强的表面效应，非常容易发生团聚和缠结，并在橡胶中形成肉眼可见的疙瘩，进一步会造成橡胶制品力学性能的明显降低。

[0004] 随着轮胎标签法对轮胎滚动阻力及耐磨性要求的不断提高，新的橡胶材料和补强材料不断应用到轮胎材料中，如稀土顺丁、溶聚丁苯等橡胶品种和碳纳米管、石墨烯等新型补强材料。目前，国内外不断有“碳纳米管轮胎”、“石墨烯轮胎”等新概念轮胎出现。这些新材料的应用确实提高了轮胎的性能，但由于价格昂贵原因，基本上仍处于实验室宣传阶段，目前尚无工业化、商品化轮胎流通上市。

发明内容

[0005] 本发明针对现有技术的不足，提供了一种耐磨性和导热系数高、滚动阻力和耐久生热低的碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶。

[0006] 本发明还提供了该碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶的应用。

[0007] 本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

[0008] 碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶50-60份、裂解炭黑40-60份、天然橡胶80-100份、氧化锌15-25份、二丁基二氯化锡8-12份、偶联剂5-9份、硫化剂8-12份；

[0009] 所述碳纳米管母胶是由碳纳米管、天然橡胶和促进剂按照1：1-1.5：0.4-0.6的重量比混炼制得的。

[0010] 优选的，碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶55份、裂解炭黑50份、天然橡胶90份、氧化锌20份、二丁基二氯化锡10份、偶联剂7份、硫化剂10份。

[0011] 优选的，碳纳米管母胶是由碳纳米管、天然橡胶和促进剂按照1：1.3：0.5的重量比混炼制得的。

[0012] 所述的，促进剂是由磺化聚丙烯酰胺、羟丙基二淀粉磷酸酯、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和2-乙基-4-甲基咪唑按照1：1-1.5：2-3：0.5-0.9的重量比制得的。

[0013] 所述的，碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或改性碳纳米管粉。

[0014] 所述的，磺化聚丙烯酰胺分子量在200万-300万之间，磺化度在20%-28%之间。

[0015] 所述的，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂或铝锆偶联剂。

[0016] 所述的，硫化剂为硫磺。

[0017] 该碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶在高性能轮胎胎面中的应用。

[0018] 本发明还提供了一种轮胎，它包含上述碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶。

[0019] 碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶各原料混合后依次经过开炼机和精炼机精炼，自动卷片称重切片，冷却储存；

[0020] 所述的，开炼机辊筒的辊距离为0.4mm，辊温为55℃；所述精炼机的辊距离为0.3mm，辊温在45℃。

[0021] 本发明的有益效果：

[0022] 1.本发明的碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶中促进剂可促进碳纳米管的分散，防止团聚和缠结。

[0023] 2.本发明在发挥碳纳米管优异性能优势的同时有效降低轮胎的生产成本，具有耐磨性和导热系数高、滚动阻力和耐久生热低、生产成本低的优异性能。

[0024] 3.轮胎耐磨性的提高可以减少胎面磨损产生的橡胶粉屑，减少对大气的污染；轮胎滚动阻力的降低也能减少汽油的消耗速度和二氧化碳排放量，具有极高的社会效益。

[0025] 4. 本发明的碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶无异味及有害物质，对人体无害，显著提高胎面胶的各项性能，可用于生产高性能轮胎，安全环保，具有广阔的市场前景。

具体实施方式

[0026] 下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。

[0027] 本发明的环保再生胶购自山东某科技有限公司，拉伸强度为10-12 MPa，断裂伸长率为380-450%。

[0028] 本发明的裂解炭黑购自山东某化工有限公司，为N990和N991。

[0029] 实施例1

[0030] 碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶60份、裂解炭黑40份、天然橡胶100份、氧化锌15份、二丁基二氯化锡8份、偶联剂5份、硫化剂12份；

[0031] 所述碳纳米管母胶是由碳纳米管、天然橡胶和促进剂按照1：1： 0.6的重量比混炼制得的。

[0032] 所述的，促进剂是由磺化聚丙烯酰胺、羟丙基二淀粉磷酸酯、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和2-乙基-4-甲基咪唑按照1： 1.5：2： 0.9的重量比制得的。

[0033] 所述的，碳纳米管为单壁碳纳米管。

[0034] 所述的，磺化聚丙烯酰胺分子量在200万-300万之间，磺化度在20%-28%之间。

[0035] 所述的，偶联剂为铝锆偶联剂。

[0036] 所述的，硫化剂为硫磺。

[0037] 该碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶在高性能轮胎胎面中的应用。

[0038] 本发明还提供了一种轮胎，它包含上述碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶。

[0039] 碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶各原料混合后依次经过开炼机和精炼机精炼，自动卷片称重切片，冷却储存；

[0040] 所述的，开炼机辊筒的辊距离为0.4mm，辊温为55℃；所述精炼机的辊距离为0.3mm，辊温在45℃。

[0041] 实施例2

[0042] 碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶55份、裂解炭黑50份、天然橡胶90份、氧化锌20份、二丁基二氯化锡10份、偶联剂7份、硫化剂10份。

[0043] 所述的，碳纳米管母胶是由碳纳米管、天然橡胶和促进剂按照1：1.3：0.5的重量比混炼制得的。

[0044] 所述的，促进剂是由磺化聚丙烯酰胺、羟丙基二淀粉磷酸酯、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和2-乙基-4-甲基咪唑按照1：1.2：2.5：0.7的重量比制得的。

[0045] 所述的，碳纳米管为多壁碳纳米管。

[0046] 所述的，偶联剂为钛酸酯偶联剂。

[0047] 其余同实施例1。

[0048] 实施例3

[0049] 碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶50份、裂解炭黑60份、天然橡胶80份、氧化锌25份、二丁基二氯化锡12份、偶联剂9份、硫化剂8份；

[0050] 所述碳纳米管母胶是由碳纳米管、天然橡胶和促进剂按照1： 1.5：0.4的重量比混炼制得的。

[0051] 所述的，促进剂是由磺化聚丙烯酰胺、羟丙基二淀粉磷酸酯、聚氧丙烯氧化乙烯甘油醚和2-乙基-4-甲基咪唑按照1：1： 3：0.5的重量比制得的。

[0052] 所述的，碳纳米管为改性碳纳米管粉。

[0053] 所述的，偶联剂为硅烷偶联剂。

[0054] 其余同实施例1。

[0055] 对比例

[0056] 轮胎用胎面胶，是由以下重量份的原料制得的：环保再生胶100份、碳纳米管母胶55份、裂解炭黑50份、天然橡胶90份、氧化锌20份、二丁基二氯化锡10份、偶联剂7份、硫化剂
10份。

[0057] 所述的，偶联剂为钛酸酯偶联剂。

[0058] 其余同实施例1。

[0059] 性能测试

[0060] 将实施例1-3制备的碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶和对比例制备的轮胎用胎面胶生产的轮胎进行路试，结果表明，实施例1-3制备的轮胎较对比例制备的轮胎的耐磨性提高8-12%，滚动阻力降低4-6%，疲劳生热降低10-15℃，导热系数提高25%。

[0061] 碳纳米管复合高性能轮胎用胎面胶，将使一条轮胎（以11R22.5为例）的生产成本降低3%左右，以一条轮胎生产成本约700-800元计，年产300万套该轮胎的公司将节约生产成本6300-7200万元。

[0062] 本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。