本发明涉及复合材料领域，具体的涉及一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法。
背景技术：
：：随着人们对汽车安全、舒适、节能的要求逐年提高，相应的轮胎要求具有优异的抗湿滑性能、耐磨性能和低滚动阻力特性，这三大性能相互影响、相互制约。对其中的一项或两项进行改进时，往往会引起第三项性能的损失，这被称为“魔鬼三角”。轮胎的滚动阻力与胎面胶的滞后损失有很好的相关性，滚动中的轮胎要求具有较低的滞后性，使轮胎在滚动时生热量较小，以延长轮胎的使用寿命和防止轮胎在运行中发生爆胎。湿路面防滑性能由于包括滑动过程在内的动态应变的高频性质所致，故低温下的动态滞后损失成为重要因素。填充胶料的耐磨性主要受聚合物填充剂的相互作用影响。降低轮胎的滚动阻力，又不损害抗湿滑性，求得二者之间的平衡，是高性能轮胎设计的重点。聚异丁烯早1873年即为前苏联的uBt-levor等所发现，1930年德国I.G.Farben公司制得橡胶状产品，但所得产品系饱和性物质，不能加入硫黄硫化，因此难以在橡胶工业上应用。1937年美国R.M.Thomas和W.J.Sparks发现异丁烯与少量异戊二烯共聚合，得到可以硫化的橡胶共聚物，于1939年中试装置生产，1940年称丁基橡胶，丁基橡胶具有气密性好即气体透过性低和耐热老化、对化学品的稳定性好，能吸收能量等特性，而主要用于创造轮的内胎。但其硫化速度慢，且弹性、强度较低，粘着性较差，而且与其它通用橡胶的相容性不好。为克服丁基橡胶的这些不足，进行了卤化丁基橡胶的研究开发。但是研究的卤化丁基橡胶的粘弹性较差，由于丁基橡胶和卤化丁基橡胶的粘弹性不理想而带来的加工困难，具有低的未硫化胶强度和低的抗蠕变性，近年又研制开发了星形支化丁基橡胶，大大地改进了丁基橡胶的加工性。同时为改进轮胎部件的耐老化，耐臭氧和耐屈挠性，特别是胎侧胶料的要求，最近又开发出新的异丁烯共聚物，它不仅保持丁基橡胶的基本性能又给予完全的耐臭氧性，是前景很好的新型共聚物。技术实现要素：：本发明的目的是提供一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，该方法制得的复合材料加工性能好，气密性好，冲击回弹性优异，热稳定性好，抗老化性能优异。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-60～-100℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以苯乙烯衍生物作为第二单体，采用主引发剂、共引发剂陈化络合为引发体系，并加入醇类或醇胺类为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合制备聚异丁烯基无规共聚物；(2)取10-20份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和8-17份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入1-3份纳米纤维素晶须、0.1-0.5份碳纳米管，1-2份碳纤维，0.05-0.15份2-乙基-4-甲基咪唑，0.5-1份环烷油，0.1-0.5份氢化松香树脂，0.3-0.7份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述醇类为乙醇、正丙醇、异丙醇、异丁醇、正丁醇、仲丁醇、叔丁醇、正戊醇、环戊醇中的一种，所述醇胺类为一乙醇胺、二乙醇胺、三乙醇胺、N,N-二甲基乙醇胺中的一种。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述陈化时间为5-30min。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述主引发剂为水、HCl、二环己基碳二亚胺、2-氯-2,4,4-三甲基戊烷中的一种；所述共引发剂为三氯化铝、烷基氯化铝、四氯化钛中的一种。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述苯乙烯衍生物为对甲基苯乙烯、间甲基苯乙烯、邻甲基苯乙烯、对乙基苯乙烯、间乙基苯乙烯、对丙基苯乙烯、间丙基苯乙烯、异丙基苯乙烯、对叔丁基苯乙烯中的一种。作为上述技术方案的优选，步骤(1)反应体系中，异丁烯和苯乙烯衍生物的总质量浓度为10-45wt％，异丁烯、苯乙烯衍生物的质量比为(0.5-2.5)：1。作为上述技术方案的优选，步骤(1)反应体系中，醇类或醇胺类的浓度为1×10-2～1×10-6mol/L。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，醇类或醇胺类与共引发剂的摩尔比为(6-18)：1，主引发剂与共引发剂的摩尔比为1：(3-12)。作为上述技术方案的优选，步骤(1)中，所述共聚合反应的时间为40-90小时。作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述碳纳米管的直径为20-50nm，长度为1-5μm。与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明通过合理控制聚异丁烯基无规共聚物的合成条件，使得制得的聚异丁烯基无规共聚物具有很好的热稳定性，且本发明在聚异丁烯无规共聚物中加入适量的碳纳米管、纳米纤维素晶须、碳纤维进行协同改性，使得制得的复合材料力学性能优异，耐磨耐老化性能好。具体实施方式：为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。实施例1一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-60℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以对甲基苯乙烯作为第二单体，采用水、三氯化铝陈化络合5min制得引发体系，并加入乙醇或一乙醇胺为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合40小时制备聚异丁烯基无规共聚物；其中，反应体系中，异丁烯和对甲基苯乙烯的总质量浓度为10wt％，异丁烯、对甲基苯乙烯作的质量比为0.5：1；乙醇或一乙醇胺的浓度为1×10-2mol/L；乙醇或一乙醇胺与三氯化铝的摩尔比为6：1，水与三氯化铝的摩尔比为1：3；(2)取10份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和8份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入1份纳米纤维素晶须、0.1份碳纳米管，1份碳纤维，0.05份2-乙基-4-甲基咪唑，0.5份环烷油，0.1份氢化松香树脂，0.3份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。实施例2一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-100℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以间甲基苯乙烯作为第二单体，采用HCl、烷基氯化铝陈化络合30min制得引发体系，并加入正丙醇或二乙醇胺为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合90小时制备聚异丁烯基无规共聚物；其中，反应体系中，异丁烯和间甲基苯乙烯的总质量浓度为45wt％，异丁烯、间甲基苯乙烯的质量比为2.5：1；正丙醇或二乙醇胺的浓度为1×10-6mol/L；正丙醇或二乙醇胺与烷基氯化铝的摩尔比为18：1，HCl与烷基氯化铝的摩尔比为1：12；(2)取20份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和17份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入3份纳米纤维素晶须、0.5份碳纳米管，2份碳纤维，0.15份2-乙基-4-甲基咪唑，1份环烷油，0.5份氢化松香树脂，0.7份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。实施例3一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-70℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以对乙基苯乙烯作为第二单体，采用二环己基碳二亚胺、四氯化钛陈化络合10min制得引发体系，并加入异丁醇或三乙醇胺为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合50小时制备聚异丁烯基无规共聚物；其中，反应体系中，异丁烯和对乙基苯乙烯的总质量浓度为20wt％，异丁烯、对乙基苯乙烯的质量比为1：1；异丁醇或三乙醇胺的浓度为1×10-3mol/L；异丁醇或三乙醇胺与四氯化钛的摩尔比为8：1，二环己基碳二亚胺与四氯化钛的摩尔比为1：5；(2)取12份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和10份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入1.5份纳米纤维素晶须、0.2份碳纳米管，1.2份碳纤维，0.07份2-乙基-4-甲基咪唑，0.6份环烷油，0.2份氢化松香树脂，0.4份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。实施例4一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-80℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以对丙基苯乙烯作为第二单体，采用2-氯-2,4,4-三甲基戊烷、三氯化铝陈化络合15min制得引发体系，并加入仲丁醇或一乙醇胺为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合60小时制备聚异丁烯基无规共聚物；其中，反应体系中，异丁烯和对丙基苯乙烯的总质量浓度为20wt％，异丁烯、对丙基苯乙烯的质量比为1.4：1；仲丁醇或一乙醇胺的浓度为1×10-4mol/L；仲丁醇或一乙醇胺与三氯化铝的摩尔比为10：1，2-氯-2,4,4-三甲基戊烷与三氯化铝的摩尔比为1：7；(2)取14份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和12份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入2份纳米纤维素晶须、0.3份碳纳米管，1.4份碳纤维，0.08份2-乙基-4-甲基咪唑，0.7份环烷油，0.3份氢化松香树脂，0.5份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。实施例5一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-90℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以异丙基苯乙烯作为第二单体，采用HCl、烷基氯化铝陈化络合18min制得引发体系，并加入叔丁醇或二乙醇胺为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合60小时制备聚异丁烯基无规共聚物；其中，反应体系中，异丁烯和异丙基苯乙烯的总质量浓度为25wt％，异丁烯、异丙基苯乙烯的质量比为1.6：1；叔丁醇或二乙醇胺的浓度为1×10-5mol/L；叔丁醇或二乙醇胺与烷基氯化铝的摩尔比为12：1，HCl与烷基氯化铝的摩尔比为1：8；(2)取16份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和14份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入2.3份纳米纤维素晶须、0.35份碳纳米管，1.5份碳纤维，0.1份2-乙基-4-甲基咪唑，0.75份环烷油，0.35份氢化松香树脂，0.6份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。实施例6一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-80℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以对叔丁基苯乙烯作为第二单体，采用二环己基碳二亚胺、四氯化钛陈化络合24min制得引发体系，并加入环戊醇或三乙醇胺为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合70小时制备聚异丁烯基无规共聚物；其中，反应体系中，异丁烯和对叔丁基苯乙烯的总质量浓度为35wt％，异丁烯、对叔丁基苯乙烯的质量比为2.0：1；环戊醇或三乙醇胺的浓度为1×10-4mol/L；环戊醇或三乙醇胺与四氯化钛的摩尔比为14：1，二环己基碳二亚胺与四氯化钛的摩尔比为1：9；(2)取18份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和15份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入2.6份纳米纤维素晶须、0.4份碳纳米管，1.7份碳纤维，0.12份2-乙基-4-甲基咪唑，0.8份环烷油，0.4份氢化松香树脂，0.65份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。实施例7一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-80℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以间丙基苯乙烯作为第二单体，采用2-氯-2,4,4-三甲基戊烷、三氯化铝陈化络合25min制得引发体系，并加入正戊醇或N,N-二甲基乙醇胺为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合80小时制备聚异丁烯基无规共聚物；其中，反应体系中，异丁烯和间丙基苯乙烯的总质量浓度为42wt％，异丁烯、间丙基苯乙烯的质量比为2.2：1；正戊醇或N,N-二甲基乙醇胺的浓度为1×10-5mol/L；正戊醇或N,N-二甲基乙醇胺与三氯化铝的摩尔比为16：1，2-氯-2,4,4-三甲基戊烷与三氯化铝的摩尔比为1：11；(2)取19份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和16份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入2.8份纳米纤维素晶须、0.45份碳纳米管，1.9份碳纤维，0.14份2-乙基-4-甲基咪唑，0.9份环烷油，0.45份氢化松香树脂，0.7份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。对比例1一种高性能汽车轮胎用复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)在-80℃下，以氯甲烷作为溶剂，以异丁烯作为第一单体，以间丙基苯乙烯作为第二单体，采用2-氯-2,4,4-三甲基戊烷、三氯化铝陈化络合25min制得引发体系，并加入正戊醇或N,N-二甲基乙醇胺为第三组分，在单体进料时，随聚合单体加入到反应器中，通过阳离子淤浆共聚合80小时制备聚异丁烯基无规共聚物；其中，反应体系中，异丁烯和间丙基苯乙烯的总质量浓度为42wt％，异丁烯、间丙基苯乙烯的质量比为2.2：1；正戊醇或N,N-二甲基乙醇胺的浓度为1×10-5mol/L；正戊醇或N,N-二甲基乙醇胺与三氯化铝的摩尔比为16：1，2-氯-2,4,4-三甲基戊烷与三氯化铝的摩尔比为1：11；(2)取19份步骤(1)制得的聚异丁烯基无规共聚物和16份丁苯橡胶加入到密炼机中混炼，排胶，胶片冷却至室温，然后将冷却后的胶片加入到开炼机中，继续加入2.8份纳米纤维素晶须、1.9份碳纤维，0.14份2-乙基-4-甲基咪唑，0.9份环烷油，0.45份氢化松香树脂，0.7份抗氧化剂1010，开炼，下片，得到高性能汽车轮胎用复合材料。下面对上述制得的复合材料进行性能测试：1、力学性能拉伸强度、撕裂强度的测定均按照GB/T528-2009、GB/T529-2008测定；测试结果如下表所示：表1拉伸强度，MPa撕裂强度，N/mm实施例122.2585.01实施例221.0883.88实施例322.1585.06实施例423.2084.99实施例521.6085.16实施例623.0983.85实施例721.1981.99对比例115.7763.45从上述表格来看，本发明制得的复合材料力学性能优异，添加碳纳米管的复合材料与不添加碳纳米管的复合材料相比，力学性能更好。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修改，均属于本发明技术方案的范围内。当前第1页1 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