本發明屬于橡膠類聚合物復合材料技術領域，尤其是涉及一種天然橡膠復合材料及其制備方法。
背景技術：
玄武巖纖維作為我國重點發展的四大纖維之一，在我國基本上實現了工業化生產。玄武巖纖維是一種新型無機環保綠色高性能纖維材料，它是由二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和二氧化鈦等氧化物組成的玄武巖石料在高溫熔融后，通過漏板快速拉制而成的。玄武巖纖維的硬度很高，因而具有優異的耐磨、抗拉性能。玄武巖纖維為非晶態物質，使用溫度最高可達700℃，耐酸堿，抗紫外線性能強，吸濕性低，有較好的耐環境性能。此外，還有較好的高溫過濾性、抗輻射和良好的透波性、環保潔凈及較好的力學性能。
但玄武巖纖維同時具有表面化學惰性，需要對其化學改性，以改善纖維與基體間的結合狀態來提高復合材料的界面結合性能，進而提高復合材料的綜合性能，現有技術中，玄武巖纖維的界面處理多借鑒玻璃纖維的界面處理方式，以硅烷偶聯劑為主。
技術實現要素：
針對上述技術問題，本發明的目的是提供一種天然橡膠復合材料，通過鈦酸酯偶聯劑將玄武巖纖維和有機聚合物結合起來，明顯改善二者的親和性，提高玄武巖纖維的分散性，并將改性的玄武巖纖維添加到天然橡膠的配方中，以提高天然橡膠的拉伸強度、撕裂強度，降低滾動阻力等。
本發明采用的技術方案是：
一種天然橡膠復合材料，由以下重量份的組分組成：
所述促進劑為促進劑NS和促進劑TMTD。
本發明所述的天然橡膠復合材料，其中，由以下重量份的組分組成：
本發明所述的天然橡膠復合材料，其中，所述玄武巖纖維為短切絲，單絲直徑15μm，長3mm。
本發明所述的天然橡膠復合材料，其中，所述促進劑NS和促進劑TMTD的質量比為10:3。
本發明所述的天然橡膠復合材料，其中，所述改性的玄武巖纖維為鈦酸酯偶聯劑改性的玄武巖纖維，所述鈦酸酯偶聯劑為PN-131、PN-311和TG-38S中的一種。所述鈦酸酯偶聯劑作為一種多功能助劑，既可用作偶聯劑，又可用作分散劑和粘合劑。
本發明所述的天然橡膠復合材料，其中，所述炭黑為炭黑N330。
本發明所述的天然橡膠復合材料，其中，所述防老劑為防老劑4020。防老劑4020具有良好的抗氧化效能外，還有抗臭氧、抗曲撓龜裂和抑制銅、錳等有害金屬的作用，毒性小。
本發明還提供了上述天然橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.15-0.45g鈦酸酯偶聯劑用200-300mL的乙酸乙酯稀釋后，再加入3-5g玄武巖纖維，高速攪拌4-6h，反應結束后用去離子水將反應產物洗滌過濾，80～90℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復合材料的制備：
(a)按配比準備天然橡膠復合材料的原料，在開煉機中加入天然橡膠，然后依次加入步驟(1)中得到的所述改性玄武巖纖維、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、促進劑NS、炭黑、促進劑TMTD和硫磺，混煉溫度40-50℃，混煉25min，混煉結束后靜置16h以上，得到混煉膠；
(b)將步驟(a)中所述的混煉膠置于平板硫化機上硫化，得到產品。
本發明所述的天然橡膠復合材料的制備方法，其中，步驟(1)中將0.15-0.45g鈦酸酯偶聯劑用300mL的乙酸乙酯稀釋后，再加入5g的玄武巖纖維。
本發明所述的天然橡膠復合材料的制備方法，其中，步驟(b)中所述硫化溫度為145℃，硫化壓力12MPa，硫化時間5～8min。
本發明有益效果：
本發明所述的天然橡膠復合材料，具有以下優點：
(1)玄武巖纖維與傳統無機材料相比具有優異的耐磨、抗拉性能、低生熱、可降解，符合低滾阻、低污染、低成本的要求；
(2)玄武巖纖維經過鈦酸酯偶聯劑處理，有效提高了纖維和橡膠的結合性能。
本發明所述的天然橡膠復合材料的制備方法，操作簡單，易于實現工業化。
具體實施方式
本發明所用到的原料來源如下：
防老劑4020的中文名：N-(1,3-二甲基)丁基-N’-苯基對苯二胺，分子式：C18H24N2；促進劑NS的中文名：N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺，分子式：C11H14N2S2；促進劑TMTD的中文名：二硫化四甲基秋蘭姆，分子式：C6H12N2S4；鈦酸酯偶聯劑PN-131、PN-311和TG-38S購自南京品寧偶聯劑有限公司。
實施例1
一種天然橡膠復合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進劑TMTD 0.3份。
本實施例天然橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.15g鈦酸酯偶聯劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應結束后用去離子水將反應產物洗滌過濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復合材料的制備：
(a)按配比準備天然橡膠復合材料的原料，在開煉機中加入天然橡膠，然后依次加入步驟(1)中得到的所述改性玄武巖纖維、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、促進劑NS、炭黑、促進劑TMTD和硫磺，混煉溫度40-50℃，混煉25min，混煉結束后靜置16h以上，得到混煉膠；
(b)將步驟(a)中所述的混煉膠置于平板硫化機上硫化，硫化溫度為145℃，硫化壓力12MPa，硫化時間6min，得到產品。
實施例2
一種天然橡膠復合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進劑TMTD 0.3份。
本實施例天然橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.25g鈦酸酯偶聯劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應結束后用去離子水將反應產物洗滌過濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復合材料的制備，同實施例1。
實施例3
一種天然橡膠復合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進劑TMTD 0.3份。
本實施例天然橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.35g鈦酸酯偶聯劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應結束后用去離子水將反應產物洗滌過濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復合材料的制備，同實施例1。
實施例4
一種天然橡膠復合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進劑TMTD 0.3份。
本實施例天然橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.45g鈦酸酯偶聯劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應結束后用去離子水將反應產物洗滌過濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復合材料的制備，同實施例1。
實施例5
一種天然橡膠復合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅3份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維2份，硫磺2份和促進劑TMTD 0.3份。
本實施例天然橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.35g鈦酸酯偶聯劑TG-38S用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應結束后用去離子水將反應產物洗滌過濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復合材料的制備，同實施例1。
對比例1
一種天然橡膠復合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進劑NS 1份，炭黑N33040份，玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進劑TMTD 0.3份。
本對比例天然橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(a)按配比準備天然橡膠復合材料的原料，在開煉機中加入天然橡膠，玄武巖纖維、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、促進劑NS、炭黑、促進劑TMTD和硫磺，混煉溫度40-50℃，混煉25min，混煉結束后靜置16h以上，得到混煉膠；
(b)將步驟(a)中所述的混煉膠置于平板硫化機上硫化，硫化溫度為145℃，硫化壓力12MPa，硫化時間6min，得到產品。
對比例2
一種天然橡膠復合材料，由以下重量份的組分組成：天然橡膠100份，氧化鋅5份，硬脂酸1.5份，防老劑40201.5份，促進劑NS 1份，炭黑N33040份，改性玄武巖纖維6份，硫磺2份和促進劑TMTD 0.3份。
本對比例天然橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)改性玄武巖纖維的制備：室溫下，將0.25g硅烷偶聯劑KH550用300ml乙酸乙酯稀釋后，再加入5g玄武巖纖維，高速攪拌5h，反應結束后用去離子水將反應產物洗滌過濾，80℃干燥48h，得到改性玄武巖纖維；
(2)天然橡膠復合材料的制備，同實施例1。
不同實施例和對比例1和2制得的產品的性能數據見表1。
表1產品的性能數據表
從表1中可以看出，并與對比例1和2比較，當玄武巖纖維經過鈦酸酯偶聯劑改性處理后，玄武巖纖維與天然橡膠的結合強度提高，天然橡膠復合材料的拉伸強度、邵氏A硬度、直角撕裂強度上升，斷裂伸長率下降，復合材料的tanδ值下降。
以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。