碳管母料及其在轮胎胎面的应用
【专利摘要】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。
【专利说明】
碳管母料及其在轮胎胎面的应用
技术领域
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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】
[0005] 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。
[0006] 第一方面，本发明涉及一种碳管母料，通过以下步骤制备：
[0007] 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，然后通过料栗注 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~5μπι的短碳纳米管；
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 优选的，步骤一中，所述聚合物为橡胶。
[0011] 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、ZnO、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。
[0012] 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】
[0013] 图1是本发明中的碳纳米管分散的示意图。
[0014] 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】
[0015] 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。
[0016] 实施例1-4碳管母料的制备及其在轮胎胎面中的应用
[0017] 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，然后通过料栗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~5μπι 的短碳纳米管；
[0018] 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；
[0019] 步骤三，把碳管母料、天然橡胶、顺丁橡胶、硫化胶粉、ZnO、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。
[0020] 表1实施例1-4采用的原料配方(重量份g)
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[0024] 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。
[0025] 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。
【主权项】
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，然后通过料栗注入带 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~5μπι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〇3. 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、ZnO、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。
【文档编号】B60C1/00GK105860133SQ201610464126
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年6月23日
【发明人】徐俊士, 谢青
【申请人】上海绿韧新材料有限公司