碳管母料及其在轮胎胎面的应用.pdf

本发明涉及碳管母料及其在轮胎胎面的应用，所述碳管母料通过以下步骤制备获得：先将碳纳米管加到聚合物熔体中搅拌成碳纳米管浆料,然后通过料泵注入带有线接触双陶瓷磨盘的研磨装置中研磨，两个陶瓷磨盘转向相反，使碳纳米管均匀分散到所述聚合物中,在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力作用下将碳纳米管截断,除去所述聚合物，得到短碳纳米管；将橡胶母料、炭黑、所述短碳纳米管混合到一起，在密炼机里进行密炼加工，获得碳管母料。本发明提供的碳管母料适用于轮胎胎面，不仅降低轮胎的生产成本，而且提高了轮胎的耐磨性能。

1.一种碳管母料，其特征在于，通过以下步骤制备获得：步骤一，先将碳纳米管加到聚合物熔体中搅拌成碳纳米管浆料,然后通过料泵注入带有线接触双陶瓷磨盘的研磨装置中研磨，两个陶瓷磨盘转向相反，速度控制在4500～5000rpm，使碳纳米管均匀分散到所述聚合物中,在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力作用下将碳纳米管截断,除去所述聚合物，得到长度为50nm～5μm的短碳纳米管；步骤二，将橡胶母料、炭黑、步骤一获得的短碳纳米管混合到一起，在密炼机里进行密炼加工，获得碳管母料。 2.如权利要求1所述的碳管母料，其特征在于，步骤一中，两个陶瓷磨盘的速度控制在4800rpm。 3.如权利要求1所述的碳管母料，其特征在于，步骤一中，所述聚合物为橡胶。 4.权利要求1-3任一项所述碳管母料在轮胎胎面的应用，其特征在于，包括以下步骤：将所述碳管母料、天然橡胶、顺丁橡胶、硫化胶粉、Zn0、硫磺、硫化促进剂混合到一起，在密炼机里进行混炼加工，获得胎面胶胶料，然后将混炼后的胎面胶胶料投入压出机并经过模具成型，获得轮胎胎面部件。

技术领域

本发明属于轮胎胎面改性技术领域，具体涉及一种碳管母料及其在轮胎胎面中的应用。

背景技术

碳纳米管具有优异的力学性能、导电、导热性能，因而被认为是聚合物基复合材料理想的力学强化和功能改性材料，采用碳纳米管制成的复合材料表现出良好强度、弹性和抗疲劳性，碳纳米管也开始逐渐用于橡胶轮胎、塑料等工业中。

但是，碳纳米管呈纳米纤维状，自身极易团聚和缠结，且碳纳米管表面为规整的石墨晶片结构，表面惰性大，与聚合物基体亲和性差，导致碳纳米管在橡胶基质中的分散性差，而且成本也高，这些限制了碳纳米管在轮胎胎面中的规模化应用。

因此，对于碳纳米管在轮胎胎面中的应用方法存在进一步的优化需求，这也是该技术领域内的研究热点和重点之一，更是本发明得以完成的动力和出发点所在。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述技术问题，本发明人在进行了大量的深入研究之后，从而提供了一种碳管母料及其在轮胎胎面中的应用，不仅提高了轮胎的性能，而且也降低了轮胎的生产成本。

第一方面，本发明涉及一种碳管母料，通过以下步骤制备：

步骤一，先将碳纳米管加到聚合物熔体中搅拌成碳纳米管浆料,然后通过料泵注入带有线接触双陶瓷磨盘的研磨装置中研磨，两个陶瓷磨盘转向相反，速度控制在4500～5000rpm，使碳纳米管均匀分散到所述聚合物中,在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力作用下将碳纳米管截断,除去所述聚合物，得到长度为50nm～5μm的短碳纳米管；

步骤二，将橡胶母料、炭黑、步骤一获得的短碳纳米管混合到一起，在密炼机里进行密炼加工，获得碳管母料。

优选的，步骤一中，两个陶瓷磨盘的速度4500～5000rpm这一范围包括了归属于其中的任何具体点值，例如4500rpm、4600rpm、4700rpm、4800rpm、4900rpm、 5000rpm，最优选4800rpm，也包括了这些具体点值中的任何两个点值所构成的范围，较优选4600～4900rpm。

优选的，步骤一中，所述聚合物为橡胶。

第二方面，本发明还涉及一种上述碳管母料在轮胎胎面的应用，包括以下步骤：把所述碳管母料、天然橡胶、顺丁橡胶、硫化胶粉、Zn0、硫磺、硫化促进剂混合到一起，在密炼机里进行混炼加工，获得胎面胶胶料，然后将混炼后的胎面胶胶料投入压出机并经过模具成型，获得轮胎轮胎胎面部件。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明通过改善碳纳米管加工工艺方法，成功地解决了碳纳米管在橡胶基质中的分散性差的问题，研制出了高性能、高强度的碳管母料橡胶复合材料，同时将碳管母料复合材料应用于绿色节能轮胎的胎面胶应用中，碳管母料复合材料降低了轮胎滚动阻力及改善制动距离(对比以往的炭黑轮胎可实现节油5％)，并且有很好抗静电性能，同时轮胎生产成本降低了8％，耐磨提高了30％，实现了碳纳米管在轮胎胎面胶中的应用，可作为生产高性能节能耐磨轮胎胎面的新材料，在轮胎制造上应用时具有工艺简便、生产效率高、无需更换现有成型设备的优点，有利于高性能节能耐磨轮胎胎面生产方法在国内轮胎企业中的推广。

附图说明

图1是本发明中的碳纳米管分散的示意图。

图2是本发明中的碳管母料的制备及在轮胎胎面应用的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1-4碳管母料的制备及其在轮胎胎面中的应用

步骤一，碳纳米管的分散(如图1所示)：先将所述碳纳米管加到橡胶聚合物熔体中搅拌成碳纳米管浆料,然后通过料泵注入带有线接触双陶瓷磨盘的研磨装置中研磨，两个陶瓷磨盘转向相反，速度控制在4800rpm，使碳纳米管均匀分散到聚合物中,在机械摩擦力和聚合物熔体内的层间剪切力作用下将碳纳米管 截断,除去聚合物，得到长度为50nm～5μm的短碳纳米管；

步骤二，将橡胶母料(成分为橡胶)、炭黑(采用裂解炭黑)、步骤一获得的短碳纳米管混合到一起，在密炼机里进行密炼加工，获得碳管母料；

步骤三，把碳管母料、天然橡胶、顺丁橡胶、硫化胶粉、Zn0、硫磺、硫化促进剂混合到一起，在密炼机里进行混炼加工，获得胎面胶胶料，然后将混炼后的胎面胶胶料投入压出机并经过模具成型，获得轮胎轮胎胎面部件，工艺流程图如图2所示。

表1 实施例1-4采用的原料配方(重量份g)

材料名称 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 天然橡胶 80 80 80 80 顺丁橡胶 20 20 20 20 氧化锌 1.5 1.5 1.5 1.5 炭黑 50 50 50 50 碳管母料 10 15 硫磺 2 2 2 2 促进剂 1.5 1.5 1.5 1.5 总计 155 155 165 170

表2 实施例1-4获得的轮胎胎面部件的性能测试结果

添加短碳纳米管后,混炼胶的加工性能有了明显改善，硫化胶的硬度、回弹 率、拉伸强度和撕裂强度都有提高，滚动阻力降低；轮胎高速性能优于没有添加短碳纳米管的参比轮胎,通过对添加短碳纳米管胎面胶传热系数测试,在60度及80度的状况下传热系数提高25％。在道路测试中胎冠表面温度和花纹沟底部温度降低,轮胎耐磨提高30％,延长了轮胎的使用寿命，而且成本也比普通配方降低了8％左右。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。