本發(fā)明涉及一種高性能橡膠復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及一種具有高抗?jié)窕缘母男怨杌衔?胎面膠復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：隨著汽車制造水平的進步以及交通運輸?shù)呐畈l(fā)展，人們的生活水平也在逐漸提高，汽車已經(jīng)成為人們生活不可或缺的必備品。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進步，伴隨著高速公路的普及，汽車的行駛速度越來越高，對輪胎的使用條件也越來越苛刻。因此，為了提高汽車行駛過程中的安全性，輪胎的抗?jié)窕阅芎捅獗盒阅苁怯葹橹匾?。在我國，由于胎面的抗?jié)窕阅懿患?、輪胎保壓不足而引起的事故占交通事故?0%，從而給人們的生命安全和財產(chǎn)帶來巨大損失。在雨雪比較頻繁的地區(qū)，輪胎抗?jié)窕阅茱@得更為重要。另外，最近十幾年世界各國的航空事業(yè)也在競相發(fā)展，我國目前也進入航空大國領(lǐng)域，而抗?jié)窕詫τ诤娇仗サ陌踩砸彩菢O其重要的。1992年，米其林“綠色輪胎”問世。他們首次將白炭黑應(yīng)用于橡膠輪胎中，使?jié)L動阻力與抗?jié)窕赃_(dá)到完美平衡，白炭黑已經(jīng)成為提高輪胎抗?jié)窕阅艿谋貍涮盍稀Ｔ谝酝难芯恐?，通常是使用不同制備方法、不同純度的白炭黑以及從輪胎花紋設(shè)計上來提高輪胎抗?jié)窕阅?。但是僅僅使用白炭黑提高橡膠材料抗?jié)窕阅苓€是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，如果想要進一步提高，就必須加大白炭黑使用量，但同時又必然會引起膠料的生熱增加、耐磨性降低以及顆粒團聚等問題。并且，白炭黑合成非常困難，生產(chǎn)成本較高，且在生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的粉塵、工業(yè)廢水以及廢渣等污染問題。所以尋求白炭黑的替代品，并能繼續(xù)有效地發(fā)揮填料在橡膠中的作用就變得尤為重要。此外，輪胎工業(yè)中所使用的填料大多為無機填料，由于表面缺少豐富的官能團從而導(dǎo)致與有機高分子材料基體（橡膠）結(jié)合性差。雖然目前人們采用各類改性劑功能化處理無機填料，使其表面產(chǎn)生一定的官能團，進而改善了無機填料與有機高分子基體的相容性，但是這樣的處理手段并不能真正有效解決無機填料與有機高分子的結(jié)合性。在實際生產(chǎn)中我們發(fā)現(xiàn)，單純的普通功能化處理的無機填料并不能真正有效提高高分子材料的性能，究其原因依然是填料與高分子材料基體結(jié)合性不佳、分散不均勻所導(dǎo)致。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，我國儲藏量極其豐富的蛋白石，經(jīng)過高溫煅燒后，形成具有孔隙豐富發(fā)達(dá)的多孔硅化合物材料，其二氧化硅的含量高達(dá)95％以上，并且性能可以與白炭黑相媲美，另外生產(chǎn)成本極低，可以非常完美的替代白炭黑。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對胎面膠中所使用的白炭黑填料制備工藝繁瑣、成本高，以及制備胎面膠復(fù)合材料時加工性能差，白炭黑在胎面膠基體中分散不均勻、結(jié)合性差、易飛揚、輪胎胎面膠抗?jié)窕阅懿患训葐栴}，提供了一種具有高抗?jié)窕缘母男怨杌衔?胎面膠復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明使用了一種資源豐富、成本較低的天然礦土，經(jīng)過簡單的誘導(dǎo)功能化處理后，得到一種改性的硅化合物，能均勻的分散在橡膠基體中，可廣泛地應(yīng)用到各類橡膠復(fù)合材料中，操作簡單，減少粉塵飛揚，對環(huán)境友好，極大降低成本，并可大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：一種具有高抗?jié)窕缘母男怨杌衔?胎面膠復(fù)合材料，以重量份計，由胎面膠所用橡膠100、氧化鋅2、硬脂酸3、炭黑50、改性硅化合物10~15、防老劑2、防焦劑0.2、促進劑1.0、硫磺2制備而成。一種上述具有高抗?jié)窕缘母男怨杌衔?胎面膠復(fù)合材料的制備方法，將蛋白石進行高溫煅燒、球磨、過篩、功能化處理以及造粒，得到形狀為顆粒狀且表面具有極強粘附力的改性硅化合物，然后直接投料于輪胎胎面膠配方中，制得所述具有高抗?jié)窕母男怨杌衔?胎面膠復(fù)合材料。具體實施步驟如下：一、將胎面膠所用橡膠在開煉機中進行充分的塑煉，控制開煉機兩輥的溫度為60~80℃；二、將塑煉充分的橡膠投擲于溫度為70~90℃的密煉機中，然后將氧化鋅、硬脂酸、炭黑及改性硅化合物分別添加到密煉機中，進行一段的充分混煉，控制混煉時間為5~10min；三、將防老劑添加到步驟二中的混煉膠中，在密煉機中進行二段的混煉，混煉時間為2~5min，混煉溫度為70~90℃；四、將防焦劑、促進劑以及硫磺添加到步驟三中的混煉膠中，當(dāng)開煉機兩輥的溫度預(yù)熱到60~80℃后，將混煉膠放入開煉機中進行三段的混煉，打三角包4~8次，最后出片；五、將步驟四中所得薄片在硫化機中進行硫化，控制硫化溫度145~160℃、硫化壓力：15~20mpa、硫化時間：25~40min，硫化完后將薄片取出，得到具有高抗?jié)窕缘母男怨杌衔?胎面膠復(fù)合材料。本發(fā)明中，所述改性硅化合物的制備方法如下：1）將蛋白石置于600~800℃管式爐中煅燒處理1~4h，得到多孔硅化合物；2）將步驟1）中得到的硅化合物置于球磨機中，球磨1~2h；3）將步驟2）中得到的硅化合物過篩，得到500~2000目粒徑的硅化合物粉；4）將含有端羥基的聚二甲基硅氧烷用甲苯進行溶解，配置成體積濃度為0.5~1.5%的聚二甲基硅氧烷溶液，然后將步驟3）中的硅化合物粉與聚二甲基硅氧烷溶液混合，控制聚二甲基硅氧烷的加入量為硅化合物粉的2~5wt%，并在500~1000w的超聲功率下處理1~3h，得到具有與橡膠基體良好相容性的改性硅化合物，最后采用常規(guī)的造粒技術(shù)對改性硅化合物進行造粒，得到改性硅化合物粒料。上述改性硅化合物的制備方法中，由于此硅化合物表面富含豐富的羥基基團，其活性較高，而聚二甲基硅氧烷主鏈通常柔軟且易變形，在強大的超聲波作用下，硅化合物表面的羥基與硅氧烷的端羥基會產(chǎn)生強烈的表界面相互耦合作用，誘導(dǎo)硅氧烷很好地吸附在硅化合物表面上，并且部分硅氧烷鏈段會插入到多孔硅化合物的孔隙中，從而大大降低了硅化合物的親水性，最終得到具有與橡膠基體良好相容性的改性硅化合物。本發(fā)明中，所述胎面膠用橡膠為天然橡膠、天然橡膠-丁苯橡膠混合膠以及天然橡膠-順丁橡膠混合膠中的任意一種。本發(fā)明具有如下優(yōu)點：1、本發(fā)明將我國儲藏量極其豐富的普通蛋白石進行高溫煅燒、球磨、過篩、功能化處理以及造粒，得到改性硅化合物，該改性硅化合物粒料由于其本身具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，并且聚二甲基硅氧烷與橡膠的相容性極好，因此可以直接投料于輪胎胎面膠料的生產(chǎn)線，并且加工過程中不會產(chǎn)生粉塵，對環(huán)境友好，且只需較少量的改性硅化合物就可以大幅度提高輪胎胎面的抗?jié)窕约白韪粜浴?、本發(fā)明添加少量的改性硅化合物即可提高橡膠抗?jié)窕阅?，同時氣密性也得到顯著地提高，極大提高了車輛及飛機的行駛安全。3、本發(fā)明制備的輪胎胎面膠具有非常優(yōu)異的抗?jié)窕约白韪粜?，能廣泛應(yīng)用于對抗?jié)窕砸筝^高的航空輪胎以及高端汽車輪胎領(lǐng)域。4、本發(fā)明制備工藝簡單，成本及能耗低，可操作性強，非常適合大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。附圖說明圖1為改性硅化合物/天然橡膠復(fù)合材料與原始天然橡膠硫化膠dma的數(shù)據(jù)對比。表1為所有實施例的抗?jié)窕白韪粜阅軠y試結(jié)果。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。實施例1：本實施例提供了一種高抗?jié)窕?、高氣密性輪胎胎面膠，以重量份計，其配方見表1。表1實施例1配方本實施例中，改性硅化合物的制備步驟如下：1）將蛋白石置于700℃管式爐中煅燒處理2h，得到多孔硅化合物；2）將步驟1）中得到的硅化合物置于球磨機中，球磨1h；3）將步驟2）中得到的硅化合物過篩，得到500目粒徑的硅化合物粉；4）將聚二甲基硅氧烷用甲苯進行溶解，配置成體積濃度為1%的聚二甲基硅氧烷溶液，然后將步驟3）中的硅化合物粉與聚二甲基硅氧烷混合，控制聚二甲基硅氧烷的加入量為硅化合物粉的2wt%，并在500w的超聲功率下處理2h，最后采用常規(guī)的造粒技術(shù)對改性硅化合物進行造粒，得到500目改性硅化合物。本實施例中，具體混煉工藝如下：1）將胎面膠所用橡膠在開煉機中進行充分的塑煉，開煉機兩輥的溫度為75℃。2）將塑煉充分的橡膠投擲于溫度為75℃的密煉機中，然后將氧化鋅、硬脂酸、炭黑及500目改性硅化合物分別添加到密煉機中，進行一段的充分混煉，混煉時間為8min。3）將防老劑添加到步驟2）中的混煉膠中，進行二段的混煉，混煉時間為4min。4）將防焦劑、促進劑以及硫磺添加到步驟3）中的混煉膠中，并在開煉機中進行三段的混煉，打三角包6次，最后出片。5）將步驟4）中所得薄片在硫化機中進行硫化，控制硫化溫度：150℃、硫化壓力：18mpa、硫化時間：35min，硫化完后將薄片取出，得到所述高抗?jié)窕⒏邭饷苄暂喬ヌッ婺z。實施例2：本實施例與實施例1不同的是：塑煉時兩輥的溫度為65℃；一段混煉時加入15份1000目改性硅化合物（聚二甲基硅氧烷的加入量為硅化合物粉的3wt%），密煉機初溫為80℃，混煉時間為7min；二段混煉時間為3min；三段打三角包5次，硫化溫度：155℃、硫化壓力：16mpa、硫化時間：28min。實施例3：本實施例與實施例1不同的是：塑煉時兩輥的溫度為68℃；一段混煉時加入12份1500目改性硅化合物（聚二甲基硅氧烷的加入量為硅化合物粉的4wt%），密煉機初溫為85℃，混煉時間為8min；二段混煉時間為3min；三段打三角包5次，硫化溫度：153℃、硫化壓力：18mpa、硫化時間：28min。實施例4：本實施例與實施例1不同的是：塑煉時兩輥的溫度為78℃；一段混煉時加入15份2000目改性硅化合物（聚二甲基硅氧烷的加入量為硅化合物粉的5wt%），密煉機初溫為90℃，混煉時間為6min；二段混煉時間為4min；三段打三角包7次，硫化溫度：149℃、硫化壓力：17mpa、硫化時間：35min。參比例：以重量份計，輪胎胎面膠基礎(chǔ)配方見表2。表2參比例配方具體混煉工藝：1）將胎面膠所用橡膠在開煉機中進行充分的塑煉，開煉機兩輥的溫度為70℃。2）將塑煉充分的橡膠投擲于溫度為80℃的密煉機中，然后將氧化鋅、硬脂酸、炭黑及白炭黑分別添加到密煉機中，進行一段的充分混煉，混煉時間為7min。3）將防老劑添加到步驟2）中的混煉膠中，進行二段的混煉，混煉時間為3min。4）將防焦劑、促進劑以及硫磺添加到步驟3）中的混煉膠中，并在開煉機中進行三段的混煉，打三角包5次，最后出片。5）將步驟4）中所得薄片在硫化機中進行硫化，硫化溫度：151℃、硫化壓力：15mpa、硫化時間：30min，硫化完后將薄片取出，得到所述輪胎胎面膠。性能測試：（1）抗?jié)窕阅軠y試橡膠塊干燥、濕滑試驗均在輪胎摩擦綜合試驗機上進行。摩擦試驗數(shù)據(jù)采集可實時采集橡膠塊摩擦過程中的摩擦力及摩擦系數(shù)等重要參數(shù)。摩擦試驗所用路面為水泥路面，該路面尺寸為300mm*300mm，測三次取平均值。在此測試中，橡膠塊在載荷350n，速度110mm/min低速行駛工況下，測試所得干燥與1mm水膜下的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)越大表明抗?jié)窕栽胶?。?）氣密性測試根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，對實施例1-4、參比例制得的硫化橡膠進行氧氣透過測試；橡膠試樣為50cm2的圓片，真空度：<10pa，最后取每個試樣三個樣品氧氣透過系數(shù)的平均值。測試結(jié)果見表3。表3性能測試結(jié)果指標(biāo)參比例實施例1實施例2實施例3實施例4透氣系數(shù)（×10-13）7.9215.9306.2716.3375.553摩擦系數(shù)（1mm水膜）0.460.520.560.620.55（3）dma測試滯后損失使用動態(tài)機械分析儀測試，溫度為攝氏度。測試條件：溫度范圍-100℃至100℃，升溫速度為3℃/min，測試頻率10hz。對實施例3所制備的胎面膠所做dma測試結(jié)果見圖1。通過表3對比可發(fā)現(xiàn)，與參比膠相比，本發(fā)明制備的胎面膠透氣系數(shù)低，摩擦系數(shù)大，在提高抗?jié)窕c阻隔性的同時，又能保證力學(xué)性能不會降低。通過dma測試也可以看出，本發(fā)明制備的胎面膠在0℃時的tanδ明顯要高于參比膠在0℃時的tanδ值。因此，經(jīng)試驗表明本發(fā)明所制備的改性硅化合物與胎面膠的復(fù)合材料，性能良好，得到了具有優(yōu)異抗?jié)窕院妥韪粜缘妮喬ヌッ婺z。當(dāng)前第1頁12