本發(fā)明涉及一種胎面膠及其制備方法，尤其是一種含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料的胎面膠及其制備方法，屬于輪胎制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

輪胎胎面膠專門為平衡磨耗、牽引、操縱和滾動(dòng)阻力而配置，必須在多種行駛條件下有效作用，并滿足顧客對(duì)輪胎高耐磨、高耐久、低滾阻、綠色環(huán)保的期望。

石墨烯(GE)是從石墨材料中剝離出來，由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年英國曼徹斯特大學(xué)成功從石墨中分離出石墨烯，2010年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯是目前強(qiáng)度最高、韌性最好、重量最輕、透光率最高、導(dǎo)電性最佳的一種具有優(yōu)異力學(xué)、熱學(xué)和電學(xué)性能的新型碳材料。石墨烯比表面積大，具有良好的導(dǎo)熱性能，能夠極大改善橡膠體系的熱傳導(dǎo)效率，將其內(nèi)部熱量及時(shí)導(dǎo)出，減少橡膠分子之間因劇烈摩擦而產(chǎn)生的熱積累，降低輪胎內(nèi)部溫度、減小磨耗、延長輪胎使用壽命；同時(shí)，使得胎面膠的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、硬度和耐磨性有了明顯提高。

氧化石墨烯(GO)是石墨烯制備過程中的前驅(qū)體，表面含有豐富的含氧官能團(tuán)，如羧基(-COOH-)、羰基(-CO-)、磺酰基(O＝S＝O)等，在高分子材料中的分散性好于石墨烯，在含量小于3‰時(shí)，通過簡單機(jī)械混合即可。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種胎面膠及其制備方法，提高了輪胎胎面膠磨耗性能、降低輪胎滾動(dòng)阻力，克服現(xiàn)有石墨烯在橡膠基體中分散困難、界面作用差的問題。

按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述胎面膠，其特征是，包括以下組份，組份比例按重量份數(shù)計(jì)：天然橡膠80～100份、順丁橡膠0～20份、塑解劑0～0.15份、石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料5～15份、炭黑40～45份、白炭黑10～15份、硅烷偶聯(lián)劑2～3份、氧化鋅3.5～4.0份、硬脂酸2～3份、防老劑3～3.5份、微晶蠟1～2份、硫磺1.0～1.5份、促進(jìn)劑1.0～2.0份和防焦劑0.1～0.3份。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述塑解劑為塑解劑SJ-103。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述炭黑為N234炭黑。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述硅烷偶聯(lián)劑為Si69。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料為含有5％石墨烯和5％氧化石墨烯的天然橡膠母料，石墨烯厚度小于2nm，氧化石墨烯的厚度小于2nm。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述防老劑為防老劑4020或防老劑RD。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述促進(jìn)劑為促進(jìn)劑NS。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述防焦劑為防焦劑CTP。

所述胎面膠的制備方法，其特征是，包括以下步驟，組份比例按重量份數(shù)計(jì)：

(1)塑煉：將5～15份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料在開煉機(jī)上過輥，開煉機(jī)輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入80～100份天然橡膠、0～20份順丁橡膠、0～0.15份塑解劑一起混煉，持續(xù)過輥3～5分鐘后下片；

(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機(jī)中，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60±5r/min；再加入3.5～4.0份氧化鋅、2～3份硬脂酸混煉20±2s，接著加入27～30份炭黑、10～15份白炭黑、2～3份硅烷偶聯(lián)劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；

(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(4)二段混煉：將一段母膠與3～3.5份防老劑、1～2份微晶蠟一起投入密煉機(jī)，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃；再加入13～15份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；

(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(6)終煉：終煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，終煉溫度為90～100℃，開煉機(jī)輥距為4±0.2mm，將二段母膠在開煉機(jī)上過輥，過輥1～1.5分鐘，加入1.0～1.5份硫磺、1.0～2.0份促進(jìn)劑與0.1～0.3份防焦劑，過輥1.5～2分鐘，左右各割刀3次，調(diào)節(jié)輥距至最小，打三角包6次，之后打卷4次，下片，即得到所述的胎面膠成品。

在一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述步驟(1)和(6)中，開煉機(jī)輥筒的直徑為160mm，輥筒寬度為320mm，前后輥筒速比為1:1.4。

本發(fā)明所述的胎面膠及其制備方法，方法簡單，步驟易于操作，制備得到的胎面膠磨耗性能有顯著提高，輪胎滾動(dòng)阻力降低，成品輪胎的使用壽命更長。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明中所使用的天然膠為煙片膠RSS#3；順丁膠為齊魯石化有限公司生產(chǎn)的BR9000；石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料外購于成都創(chuàng)威新材料有限公司；N234炭黑外購于江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰荆话滋亢谕赓徲诖_成硅化學(xué)股份有限公司；硫磺外購于朝陽明宇化工有限公司；防老劑4020外購于山東圣奧化工股份有限公司，商品名為防老劑4020，化學(xué)名稱為N-(1，3-二甲基丁基)-N’-苯基對(duì)苯二胺；防老劑RD外購于南京化工廠，商品名為防老劑RD，化學(xué)名為2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體；微晶蠟外購于上海綠菱特種蠟制品廠生產(chǎn)，商品名稱為橡膠防護(hù)蠟；氧化鋅外購于江蘇溧陽昆達(dá)化工有限公司；硬脂酸外購于江陰朝陽精細(xì)化工有限公司；防焦劑CTP外購于陽谷華泰化工有限公司，化學(xué)名為N-環(huán)己基硫代領(lǐng)苯二甲酰亞胺；塑解劑SJ-103外購于武漢徑河化工有限公司。

實(shí)施例一：一種胎面膠的制備方法，包括以下步驟，組份比例按重量份數(shù)計(jì)：

(1)塑煉：將5份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料在開煉機(jī)上過輥，開煉機(jī)輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3分鐘，再加入90份天然橡膠、10份順丁橡膠、0.1份塑解劑一起混煉，持續(xù)過輥3分鐘后下片；

(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機(jī)中，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60±5r/min；再加入4.0份氧化鋅、3份硬脂酸混煉20±2s，接著加入30份炭黑、10份白炭黑、2份硅烷偶聯(lián)劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；

(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(4)二段混煉：將一段母膠與3份防老劑、1份微晶蠟一起投入密煉機(jī)，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃；再加入13份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；

(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(6)終煉：終煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，終煉溫度為90～100℃，開煉機(jī)輥距為4±0.2mm，將二段母膠在開煉機(jī)上過輥，過輥1分鐘，加入1.5份硫磺、1.0份促進(jìn)劑與0.1份防焦劑，過輥1.5分鐘，左右各割刀3次，調(diào)節(jié)輥距至最小，打三角包6次，之后打卷4次，下片，即得到所述的胎面膠成品。

上述步驟中，開煉機(jī)輥筒的直徑為160mm，輥筒寬度為320mm，前后輥筒速比為1:1.4。

實(shí)施例二：一種胎面膠的制備方法，包括以下步驟，組份比例按重量份數(shù)計(jì)：

(1)塑煉：將10份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料在開煉機(jī)上過輥，開煉機(jī)輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3分鐘，再加入90份天然橡膠、10份順丁橡膠、0.1份塑解劑一起混煉，持續(xù)過輥3分鐘后下片；

(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機(jī)中，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60±5r/min；再加入4.0份氧化鋅、3份硬脂酸混煉20±2s，接著加入30份炭黑、10份白炭黑、2份硅烷偶聯(lián)劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；

(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(4)二段混煉：將一段母膠與3～3.5份防老劑、1～2份微晶蠟一起投入密煉機(jī)，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃；再加入13份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；

(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(6)終煉：終煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，終煉溫度為90～100℃，開煉機(jī)輥距為4±0.2mm，將二段母膠在開煉機(jī)上過輥，過輥1.5分鐘，加入1.5份硫磺、2.0份促進(jìn)劑與0.3份防焦劑，過輥2分鐘，左右各割刀3次，調(diào)節(jié)輥距至最小，打三角包6次，之后打卷4次，下片，即得到所述的胎面膠成品。

上述步驟中，開煉機(jī)輥筒的直徑為160mm，輥筒寬度為320mm，前后輥筒速比為1:1.4。

實(shí)施例三：一種胎面膠的制備方法，包括以下步驟，組份比例按重量份數(shù)計(jì)：

(1)塑煉：將10份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料在開煉機(jī)上過輥，開煉機(jī)輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入90份天然橡膠、10份順丁橡膠、0.1份塑解劑一起混煉，持續(xù)過輥4分鐘后下片；

(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機(jī)中，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60±5r/min；再加入3.6份氧化鋅、2.5份硬脂酸混煉20±2s，接著加入28份炭黑、12份白炭黑、2.5份硅烷偶聯(lián)劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；

(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(4)二段混煉：將一段母膠與3.2份防老劑、1.5份微晶蠟一起投入密煉機(jī)，混煉30±2s，混煉溫度為100±5℃；再加入14份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；

(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(6)終煉：終煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，終煉溫度為95℃，開煉機(jī)輥距為4±0.2mm，將二段母膠在開煉機(jī)上過輥，過輥1.2分鐘，加入1.2份硫磺、1.5份促進(jìn)劑與0.2份防焦劑，過輥1.6分鐘，左右各割刀3次，調(diào)節(jié)輥距至最小，打三角包6次，之后打卷4次，下片，即得到所述的胎面膠成品。

上述步驟中，開煉機(jī)輥筒的直徑為160mm，輥筒寬度為320mm，前后輥筒速比為1:1.4。

實(shí)施例四：一種胎面膠的制備方法，包括如下步驟，組份比例按重量份數(shù)計(jì)：

(1)塑煉：將5份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料在開煉機(jī)上過輥，開煉機(jī)輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入100份天然橡膠、0.15份塑解劑一起混煉，持續(xù)過輥3～5分鐘后，下片；

(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機(jī)中，混煉30s，密煉機(jī)初始溫度為100℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60r﹒min^-1。再加入3.5份氧化鋅、2份硬脂酸混煉20s，接著加入29份炭黑、15份白炭黑、3份硅烷偶聯(lián)劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；

(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(4)二段混煉：將一段母膠與3.5份防老劑、1份微晶蠟一起投入密煉機(jī)，混煉30s，再加入剩余的11份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠。

(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(6)終煉：終煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，開煉機(jī)輥距為4mm，將二段母膠在開煉機(jī)上過輥，過輥1～1.5分鐘，加入1.0份硫磺、1.3份促進(jìn)劑與0.3份防焦劑，過輥1.5～2分鐘，左右各割刀3次，調(diào)節(jié)輥距至最小，打三角包6次，之后打卷4次(膠溫為90～100℃)，下片，即得到含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料的胎面膠成品。

實(shí)施例五：一種胎面膠的制備方法，包括如下步驟，組份比例按重量份數(shù)計(jì)：

(1)塑煉：將10份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料在開煉機(jī)上過輥，開煉機(jī)輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入100份天然橡膠、0.15份塑解劑一起混煉，持續(xù)過輥3～5分鐘后，下片；

(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機(jī)中，混煉30s，密煉機(jī)初始溫度為100℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60r﹒min^-1。再加入3.5份氧化鋅、2份硬脂酸混煉20s，接著加入29份炭黑、15份白炭黑、3份硅烷偶聯(lián)劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；

(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(4)二段混煉：將一段母膠與3.5份防老劑、1份微晶蠟一起投入密煉機(jī)，混煉30s，再加入剩余的11份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；

(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(6)終煉：終煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，開煉機(jī)輥距為4mm，將二段母膠在開煉機(jī)上過輥，過輥1～1.5分鐘，加入1.0份硫磺、1.3份促進(jìn)劑與0.3份防焦劑，過輥1.5～2分鐘，左右各割刀3次，調(diào)節(jié)輥距至最小，打三角包6次，之后打卷4次(膠溫為90～100℃)，下片，即得到含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料的胎面膠成品。

實(shí)施例六：一種胎面膠的制備方法，包括如下步驟，組份比例按重量份數(shù)計(jì)：

(1)塑煉：將15份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料在開煉機(jī)上過輥，開煉機(jī)輥距為1.3±0.15mm，輥溫保持在70±5℃，過輥3～5分鐘，再加入100份天然橡膠、0.15份塑解劑一起混煉，持續(xù)過輥3～5分鐘后，下片；

(2)一段混煉：將步驟(1)混煉均勻的橡膠加入密煉機(jī)中，混煉30s，密煉機(jī)初始溫度為100℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60r﹒min^-1。再加入3.5份氧化鋅、2份硬脂酸混煉20s，接著加入29份炭黑、15份白炭黑、3份硅烷偶聯(lián)劑，混煉至150～155℃排膠，得到一段母膠；

(3)第一次靜置：將一段混煉得到的一段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(4)二段混煉：將一段母膠與3.5份防老劑、1份微晶蠟一起投入密煉機(jī)，混煉30s，再加入剩余的11份炭黑，混煉至145～150℃排膠，得到二段母膠；

(5)第二次靜置：將二段混煉得到的二段母膠置于空氣中冷卻12小時(shí)；

(6)終煉：終煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，開煉機(jī)輥距為4mm，將二段母膠在開煉機(jī)上過輥，過輥1～1.5分鐘，加入1.0份硫磺、1.3份促進(jìn)劑與0.3份防焦劑，過輥1.5～2分鐘，左右各割刀3次，調(diào)節(jié)輥距至最小，打三角包6次，之后打卷4次(膠溫為90～100℃)，下片，即得到含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料的胎面膠成品。

對(duì)比例一：與實(shí)施例四的制備方法完全相同，只是未添加石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料。

對(duì)實(shí)施例一和對(duì)比例一制備得到的含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料的胎面膠進(jìn)行性質(zhì)檢測(cè)，結(jié)果如表1所示。

表1

由表1可知，與對(duì)比例1的膠料相比，采用本發(fā)明實(shí)施例1～實(shí)施例6制備的含有石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料的胎面膠，硬度、拉斷伸長率、拉伸強(qiáng)度、300％定伸應(yīng)力有明顯提高，阿克隆磨耗體積減少，胎面膠的耐磨性能增加。還可以得出，加入10份石墨烯/氧化石墨烯天然橡膠復(fù)合母料時(shí)，膠料的綜合性能最好。