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一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料及其制备方法，复合材料各组份的质量份数为：EPDM生胶100份，碳纳米管1.5-15份，硅烷偶联剂0.01-0.5份，炭黑30-80份，短纤维2-50份，防老剂1-5份，氧化锌1-10份，硬脂酸0.5-5份，石蜡油10-30份，硫化剂2-7份，促进剂1-5份；其具有优良的力学性能、耐磨性能和耐热性能。制备方法是在EPDM橡胶混炼过程中加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经硫化制备而成；操作简单，技术成熟。使用该碳纳米管橡胶复合材料作为汽车多楔带的基体橡胶，可显著提高多楔带使用寿命。

1.  一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，其特征在于：其组成和各组份的质量份数为：
EPDM生胶100份，
碳纳米管1.5-15份，
硅烷偶联剂0.01-0.5份，
炭黑30-80份，
短纤维2-50份，
防老剂1-5份，
氧化锌1-10份，
硬脂酸0.5-5份，
石蜡油10-30份，
硫化剂2-7份，
促进剂1-5份。

2.  根据权利要求1所述的一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，其特征在于：所述的碳纳米管质量份数为5-9份。

3.  根据权利要求1或2所述的一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，其特征在于：所述的碳纳米管为呈一维有序排列的碳纳米阵列管。

4.  根据权利要求1所述的一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂质量份数为0.05-0.2份。

5.  根据权利要求1或4所述的一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。

6.  根据权利要求1所述的一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一、碳纳米管的预处理：将硅烷偶联剂用2-5倍质量无水乙醇稀释后，与碳纳米管在高速混合机中混合15-60 min，经100 ℃干燥1-2 h后，得硅烷偶联剂处理的碳纳米管；
步骤二、在由EPDM生胶、炭黑、短纤维、防老剂、氧化锌、硬脂酸、石蜡油、硫化剂和促进剂组成的EPDM混炼橡胶经密炼机混炼或者开炼机塑炼过程中加入经偶联剂处理的碳纳米管：
将经硅烷偶联剂处理的碳纳米管与炭黑混合，再与EPDM生胶、短纤维、防老剂、氧化锌、硬脂酸、石蜡油、硫化剂、促进剂混合，经密炼机机械混炼，停放4-6h后，在开炼机上薄通塑炼10-20次，使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，然后经过160℃硫化20 min后，得到碳纳米管橡胶复合材料，
或者在开炼机上塑炼EPDM混炼橡胶时分批加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经开炼机薄通塑炼10-20次，使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，然后经过160℃硫化20 min后，得到碳纳米管橡胶复合材料。

一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种橡胶复合材料，更具体的说涉及一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
汽车多楔带是一种工作面带有齿形结构的环形带，广泛用作汽车内燃机的风扇、电机、水泵、压缩机、动力转向泵、增压器等传动用带。目前，汽车多楔带主要采用EPDM（三元乙丙橡胶）、CR（氯丁橡胶）等作橡胶主体材料；为满足传动要求，同时在橡胶中添加各种补强填料。碳纳米管（CNTs）是由碳石墨层卷曲而构成的一种管状材料，其直径范围通常为1 nm-50 nm范围；依照其长度、粗细、螺旋性及层数的不同，碳纳米管具有多种结构。碳纳米管具有低密度、高比模量、高强度、良好的电导性和温度传导性能等特性。
中国发明专利申请公布号：CN103012872A、申请公布日：2013年4月3日、名称为《一种耐磨橡胶复合材料》的发明专利申请中，公开了一种耐磨橡胶复合材料，其以天然橡胶或合成橡胶为基体、采用沥青基中间相石墨碳微球为耐磨剂、碳纳米管为增强剂形成高耐磨性的碳微球/碳纳米管/橡胶三元复合材料。该橡胶复合材料耐磨性能高、使用寿命较长，具有很大的实用价值；但是，该耐磨橡胶复合材料的撕裂强度较低、定伸应力较低。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的碳纳米管橡胶复合材料撕裂强度较低、定伸应力较低等问题，提供一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，其组成和各组份的质量份数为：
EPDM生胶 100份，
碳纳米管1.5-15份，
硅烷偶联剂 0.01-0.5份，
炭黑 30-80份，
短纤维 2-50份，
防老剂1-5份，
氧化锌 1-10份，
硬脂酸 0.5-5份，
石蜡油 10-30份，
硫化剂 2-7份，
促进剂 1-5份。
所述的碳纳米管质量份数为5-9份。
所述的碳纳米管为呈一维有序排列的碳纳米阵列管。
所述的硅烷偶联剂质量份数为0.05-0.2份。
所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷。
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一、碳纳米管的预处理：将硅烷偶联剂用2-5倍质量无水乙醇稀释后，与碳纳米管在高速混合机中混合15-60 min，经100 ℃干燥1-2 h后，得硅烷偶联剂处理的碳纳米管；
步骤二、在由EPDM生胶、炭黑、短纤维、防老剂、氧化锌、硬脂酸、石蜡油、硫化剂和促进剂组成的EPDM混炼橡胶经密炼机混炼或者开炼机塑炼过程中加入经偶联剂处理的碳纳米管：
将经硅烷偶联剂处理的碳纳米管与炭黑混合，再与EPDM生胶、短纤维、防老剂、氧化锌、硬脂酸、石蜡油、硫化剂、促进剂混合，经密炼机机械混炼，停放4-6h后，在开炼机上薄通塑炼10-20次，使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，然后经过160℃硫化20 min后，得到碳纳米管橡胶复合材料，
或者在开炼机上塑炼EPDM混炼橡胶时分批加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经开炼机薄通塑炼10-20次，使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，然后经过160℃硫化20 min后，得到碳纳米管橡胶复合材料。
与现有技术相比较，本发明的有益效果是：
1、本发明中的橡胶复合材料包括EPDM生胶、碳纳米管、硅烷偶联剂、炭黑、短纤维、防老剂、氧化锌、硬脂酸、石蜡油、硫化剂和促进剂。即将碳纳米管和硅烷偶联剂添加到EPDM橡胶中，一方面显著提高了该橡胶复合材料的耐磨性能，另一方面显著提高了该橡胶复合材料的定伸应力及撕裂强度等性能；使得橡胶复合材料具有优良的力学性能和耐热性能，使用该橡胶复合材料作为汽车多楔带的基体橡胶，可显著提高汽车多楔带的耐磨性能和使用寿命，满足汽车多楔带的耐热性能、耐磨性能要求。
2、本发明中的制备方法是在EPDM橡胶混炼过程中加入经偶联剂处理的碳纳米管，再经硫化制得碳纳米管橡胶复合材料。碳纳米管经硅烷偶联剂处理，有助于降低碳纳米管表面能，有利于碳纳米管在EPDM混炼橡胶内的分散；在橡胶混炼过程中加入经偶联剂处理的碳纳米管，经开炼机反复薄通塑炼后，可使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中；同时，采用橡胶的传统混炼工艺、硫化工艺制备碳纳米管橡胶复合材料的方法，操作简单，技术成熟。
具体实施方式
以下结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，其组成和各组份的质量份数为：
EPDM生胶 100份，
碳纳米管 1.5-15份，
硅烷偶联剂 0.01-0.5份，
炭黑 30-80份，
短纤维 2-50份，
防老剂1-5份，
氧化锌 1-10份，
硬脂酸 0.5-5份，
石蜡油 10-30份，
硫化剂 2-7份，
促进剂 1-5份。
优选的，所述的碳纳米管质量份数为5-9份。
优选的，所述的碳纳米管为呈一维有序排列的碳纳米阵列管；通常情况下，选择的碳纳米管管径为6-8 nm，长度大于50μm。
优选的，所述的硅烷偶联剂质量份数为0.05-0.2份。
优选的，所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）。
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料的制备方法，包括下列步骤：
步骤一、碳纳米管的预处理：将硅烷偶联剂用2-5倍质量无水乙醇稀释后，与碳纳米管在高速混合机中混合15-60 min，经100 ℃干燥1-2 h后，得硅烷偶联剂处理的碳纳米管。
步骤二、在由EPDM生胶、炭黑、短纤维、防老剂、氧化锌、硬脂酸、石蜡油、硫化剂和促进剂组成的EPDM混炼橡胶经密炼机混炼或者开炼机塑炼过程中加入经偶联剂处理的碳纳米管：
将经硅烷偶联剂处理的碳纳米管与炭黑混合，再与EPDM生胶、短纤维、防老剂、氧化锌、硬脂酸、石蜡油、硫化剂、促进剂混合，经密炼机机械混炼，停放4-6h后，在开炼机上薄通塑炼10-20次，使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，然后经过160℃硫化20 min后，得到碳纳米管橡胶复合材料；
或者在开炼机上塑炼EPDM混炼橡胶时分批加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经开炼机薄通塑炼10-20次，使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，然后经过160℃硫化20 min后，得到碳纳米管橡胶复合材料。
实施例1
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶100份，FloTube 7000碳纳米管 1.5份，KH-550硅烷偶联剂 0.01份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆类促进剂 2份。
制备方法：
将硅烷偶联剂0.01份用3倍质量无水乙醇稀释后，与1.5份FloTube 7000碳纳米管在高速混合机中混合30 min，100 ℃干燥1 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将经硅烷偶联剂处理的碳纳米管与炭黑混合，再与EPDM生胶 100份、短纤维 25份、防老剂RD 3份、氧化锌 5份、硬脂酸 1份、石蜡油 20份、硫磺 5份和秋兰姆类促进剂 2份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放4h后，经开炼机薄通塑炼15次，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
实施例2
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶100份，FloTube 7000碳纳米管 3份，KH-550硅烷偶联剂 0.05份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆类促进剂 2份。
制备方法：
将硅烷偶联剂0.05份用2倍质量无水乙醇稀释后，与3份FloTube 7000碳纳米管在高速混合机中混合30 min，100 ℃干燥1 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将经硅烷偶联剂处理的碳纳米管与炭黑混合，再与EPDM生胶 100份、短纤维 25份、防老剂RD 3份、氧化锌 5份、硬脂酸 1份、石蜡油 20份、硫磺 5份和秋兰姆类促进剂 2份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放4h后，经开炼机薄通塑炼15次，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
实施例3
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶 100份，碳纳米阵列管FloTube 7000 5份，KH-550硅烷偶联剂 0.15份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆类促进剂 2份。
制备方法：将硅烷偶联剂0.15份用4倍质量无水乙醇稀释后，与5份碳纳米阵列管FloTube 7000在高速混合机中混合15 min，100 ℃干燥1.5 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将EPDM生胶 100份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆类促进剂 2份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放5h，在开炼机上塑炼EPDM混炼橡胶时分批加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经开炼机薄通塑炼10次，在剪切力作用下使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160 ℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
实施例4
种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶 100份，碳纳米阵列管FloTube 7000 9份，KH-550硅烷偶联剂0.18份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆类促进剂 2份。
制备方法：
将硅烷偶联剂0.18份用4倍质量无水乙醇稀释后，与9份碳纳米阵列管FloTube 7000在高速混合机中混合60 min，100 ℃干燥2 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将橡胶组分EPDM生胶 100份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆类促进剂 2份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放6h，在开炼机上塑炼EPDM混炼橡胶时分批加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经开炼机薄通塑炼20次，在剪切力作用下使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160 ℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
实施例5
种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶 100份，碳纳米阵列管FloTube 7000 15份，KH-550硅烷偶联剂0.5份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆类促进剂 2份。
制备方法：
将硅烷偶联剂0.5份用5倍质量无水乙醇稀释后，与15份碳纳米阵列管FloTube 7000在高速混合机中混合45 min，100 ℃干燥1.5 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将橡胶组分EPDM生胶 100份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆类促进剂 2份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放6h，在开炼机上塑炼EPDM混炼橡胶时分批加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经开炼机薄通塑炼20次，在剪切力作用下使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160 ℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
实施例6
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶100份，FloTube 7000碳纳米管 6份，KH-550硅烷偶联剂 0.12份，炭黑 30份，短纤维 2份，防老剂RD1份，氧化锌 1份，硬脂酸 0.5份，石蜡油 10份，硫磺 2份，秋兰姆类促进剂 1份。
制备方法：
将硅烷偶联剂0.12份用5倍质量无水乙醇稀释后，与6份FloTube 7000碳纳米管在高速混合机中混合20 min，100 ℃干燥1.5 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将经硅烷偶联剂处理的碳纳米管与炭黑混合，再与EPDM生胶 100份、短纤维 2份、防老剂RD1份，氧化锌 1份，硬脂酸 0.5份，石蜡油 10份，硫磺 2份，秋兰姆类促进剂 1份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放5h后，经开炼机薄通塑炼20次，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
实施例7
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶100份，FloTube 7000碳纳米管 7份，KH-550硅烷偶联剂 0.1份，炭黑 80份，短纤维 50份，防老剂RD 5份，氧化锌10份，硬脂酸5份，石蜡油30份，硫磺7份，秋兰姆类促进剂5份。
将硅烷偶联剂0.1份用4倍质量无水乙醇稀释后，与7份碳纳米阵列管FloTube 7000在高速混合机中混合60 min，100 ℃干燥2 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将橡胶组分EPDM生胶 100份，炭黑 80份，短纤维 50份，防老剂RD5份，氧化锌10份，硬脂酸5份，石蜡油30份，硫磺7份，秋兰姆类促进剂5份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放6h，在开炼机上塑炼EPDM混炼橡胶时分批加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经开炼机薄通塑炼15次，在剪切力作用下使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160 ℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
实施例8
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶100份，FloTube 7000碳纳米管 8份，KH-550硅烷偶联剂 0.08份，炭黑 40份，短纤维 10份，防老剂RD 2份，氧化锌 3份，硬脂酸 2份，石蜡油 15份，DCP（过氧化二异丙苯）3份，秋兰姆类促进剂 2份。
制备方法：
将硅烷偶联剂0.08份用5倍质量无水乙醇稀释后，与8份FloTube 7000碳纳米管在高速混合机中混合20 min，100 ℃干燥1.5 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将经硅烷偶联剂处理的碳纳米管与炭黑混合，再与EPDM生胶 100份、短纤维 10份，防老剂RD 2份，氧化锌 3份，硬脂酸 2份，石蜡油 15份，DCP 3份，秋兰姆类促进剂 2份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放5h后，经开炼机薄通塑炼20次，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
实施例9
一种汽车多楔带用碳纳米管橡胶复合材料，各组份的质量份数为：
EPDM生胶100份，FloTube 7000碳纳米管 9份，KH-550硅烷偶联剂 0.1份，炭黑 50份，短纤维 30份，防老剂RD 4份，氧化锌5份，硬脂酸1份，石蜡油12份，DCP 4份，秋兰姆类促进剂3份。
将硅烷偶联剂0.1份用2倍质量无水乙醇稀释后，与9份碳纳米阵列管FloTube 7000在高速混合机中混合40 min，100 ℃干燥2 h，得经硅烷偶联剂处理的碳纳米管；将橡胶组分EPDM生胶 100份，炭黑 50份，短纤维 30份，防老剂RD 4份，氧化锌5份，硬脂酸1份，石蜡油12份，DCP 4份，秋兰姆类促进剂3份混合，然后在密炼机上机械混炼，停放5h，在开炼机上塑炼EPDM混炼橡胶时分批加入经硅烷偶联剂处理的碳纳米管，再经开炼机薄通塑炼20次，在剪切力作用下使碳纳米管分散在EPDM混炼橡胶中，得碳纳米管EPDM混炼橡胶，最后经160 ℃硫化20 min得碳纳米管橡胶复合材料。其性能见表1。
对比例1：目前，作为汽车多楔带的基体橡胶通常配方为：EPDM生胶 100份，炭黑 60份，短纤维 25份，防老剂RD 3份，氧化锌 5份，硬脂酸 1份，石蜡油 20份，硫磺 5份，秋兰姆促进剂 2份；其性能见表1。
表1本发明实施例和对比例的性能对比
 。
通过表1可以看出，本发明中的碳纳米管橡胶复合材料耐磨性能提高5%-24%，撕裂强度提高13%-56%，定伸应力不同幅度提高；而且，高温老化后，碳纳米管橡胶复合材料的拉伸强度和定伸应力也显著增大，通过扫描电子显微镜观察橡胶的拉伸断面处，碳纳米管分散均匀，与EPDM橡胶结合较好。因此，本发明中的碳纳米管橡胶复合材料，其具有优良的力学性能和耐磨性能。
以对比例1中的橡胶为汽车多楔带的基体橡胶，经混炼、压延、拼接、成型、硫化、切割和磨楔步骤，制备3PK1070多楔带，按照GB 13552-2008测定其疲劳寿命，总疲劳寿命为80 h。采用相同工艺条件，以实施例3制备的碳纳米管橡胶复合材料为汽车多楔带的基体橡胶，制备3PK1070多楔带，当疲劳寿命达80h时，滑动率增量为0.6%，磨损量为5.86%；当疲劳寿命达200 h时，滑动率增量为0.9%，磨损量为6.0%；当滑动率增量首次达到4%时，疲劳寿命为278 h，总疲劳寿命达403 h，是对比例1中的汽车多楔带的5倍。因此，使用该碳纳米管橡胶复合材料作为汽车多楔带的基体橡胶，满足汽车多楔带的高耐磨性能、高定伸应力和抗撕裂性能要求，可显著提高多楔带的使用寿命。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，上述结构都应当视为属于本发明的保护范围。