1.本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种高性能、高耐磨的轮胎胎面胶及其制备方法。
背景技术：
2.胎面胶是指轮眙最外层与路面接触而表面印有花纹的一层胶料。能使轮胎具有牵引力，缓冲行驶时的冲击和摇摆，防止帘线层的割破和刺穿等。要求具有高度的耐磨性、耐疲劳性能，良好的耐老化性能，较高的拉伸强度、弹性和强韧性，以及行驶时低的生热性。目前的轮胎胎面胶，特别是矿山类轮胎胎面胶，在适应复杂路面所需求的高耐磨和性能方面存在不足。因此，如何提高产品的国际市场竞争力，如何提高橡胶的性能参数，将是橡胶行业未来的研究方向。
3.石墨烯(graphene)是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。英国曼彻斯特大学物理学家安德烈
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盖姆和康斯坦丁
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诺沃肖洛夫，用微机械剥离法成功从石墨中分离出石墨烯，因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、sic外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法(cvd)。石墨烯在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(v
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s)，这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(insb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(v
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s)。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50～500k之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/(v
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s)左右。
4.专利cn106279853b公开了一种高耐磨轮胎胎面胶的制备方法，将石墨烯在乙醇环境下进行氧化处理，再与表面活性剂十二烷基磺酸钠、硝酸钠等物质，通过双氧水催化，进行反应，随后与二氧化硅进行混合煅烧，得到胎面胶填料基料，接着将其与环氧化天然橡胶、顺丁橡胶进行混合塑炼后，加入硬脂酸、石蜡等物质进行混炼，最后再加入硫磺进行混炼，即可得到高耐磨轮胎胎面胶。但此发明制备工艺复杂，工业化生产成本高。
5.专利cn110713630a公开了一种高耐磨轮胎胎面胶，由以下重量份的原料制成：天然橡胶80～90份，丁苯橡胶15～25份，顺丁橡胶10～20份，顺式异戊橡胶10～20.份，高耐磨炭黑35～45份，白炭黑8～12份，氧化锌5～10份，硬脂酸1～3份，分散剂1～2份，增塑剂1～2份，硅烷偶联剂1～2份，防老剂1～3份，微晶蜡1～3份，防焦剂0.5～1份，促进剂1～2份。但是此发明需要多种橡胶混合，制备的胎面胶的物理性能较差。
6.鉴于以上原因，特提出本发明。
技术实现要素：
7.为了解决现有技术存在的胎面胶的耐磨性能和物理性能较差的问题，本发明提供
了一种高性能、高耐磨的轮胎胎面胶及其制备方法，本发明制备的胎面胶具有较好的耐磨性能和物理性能，且制备工艺简单，适合大规模生产。
8.本发明的第一目的，提供了一种高性能、高耐磨的轮胎胎面胶，按照重量份，所述的轮胎胎面胶包括如下原料：天然橡胶100份、炭黑20-25份、白炭黑30-35份、石墨烯3-5份、纳米氧化铝5-10份、氧化锌3-5份、硬脂酸2-3份、硅烷偶联剂3-5份、防老剂2-3份、分散剂1-3份、促进剂1-2份、防焦剂0.5-1份和硫磺1-2份。
9.进一步的，按照重量份，所述的轮胎胎面胶包括如下原料：天然橡胶100份、炭黑22.5份、白炭黑32.5份、石墨烯4份、纳米氧化铝7.5份、氧化锌4份、硬脂酸2.5份、硅烷偶联剂4份、防老剂2.5份、分散剂2份、促进剂1.5份、防焦剂0.75份和硫磺1.5份。
10.进一步的，所述的防老剂为n-环己基-n＇-苯基对苯二胺、n-苯基-n＇-异丙基对苯二胺、n-(1,3-二甲基丁基)-n＇-苯基对苯二胺、2,2,4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体、2-硫醇基苯并咪唑中的一种或几种；
11.所述的分散剂为微晶蜡和/或石蜡；
12.所述的促进剂为n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、2-硫醇基苯并噻唑、二硫化苯并噻唑、二硫化四甲基秋兰姆中的一种或几种；
13.所述的防焦剂为n-环己基硫代邻苯二甲酰亚安。
14.本发明的第二目的，提供了一种所述的高性能、高耐磨的轮胎胎面胶的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：
15.(1)按照各原料的重量份，分别称取备用；
16.(2)将石墨烯、纳米氧化铝、白炭黑在高速混合机中进行第一次混合，再加入硅烷偶联剂、硬脂酸，进行第二次混合，得到混合物a；
17.(3)将天然橡胶在密炼机中先塑炼1-2min，然后再加入炭黑、氧化锌、防老剂、分散剂、促进剂进行密炼1-3min，再加入所述的混合物a，再进行密炼1-3min，在温度为140-160℃下进行排胶；
18.(4)开炼机辊距调整为1.3-1.7mm，将密炼机排出的胶片在开炼机中返炼2-3遍，包辊，再加入硫磺和防焦剂，左右翻胶，得到所述的高性能、高耐磨的轮胎胎面胶。
19.进一步的，步骤(2)第一次混合的速率为2400-2600r/min，混合时间3-7min，混合温度为85-95℃，第二次混合的速率为3400-3600r/min，混合时间为8-12min。
20.进一步的，步骤(2)第一次混合的速率为2500r/min，混合时间5min，混合温度为90℃，第二次混合的速率为3500r/min，混合时间为10min。
21.进一步的，步骤(3)中密炼的温度为60-80℃，密炼机转速为60-70r/min。
22.进一步的，步骤(4)中左右反胶各三次，再将开炼机辊距调至0.1-0.3mm进行薄通6-8次，按照所需的厚度和尺寸出片，放置10-14h。
23.由于石墨烯和纳米氧化铝属于纳米材料，在橡胶中难以分散均匀，再加上石墨烯和纳米氧化铝本身表面反应基团少，与橡胶大分子链结合力小，如果直接把纳米氧化铝和石墨烯与橡胶进行混合，制备的胎面胶性能会比较差。本发明采用简单的工艺，在高速混合中将石墨烯、纳米氧化铝、硅烷偶联剂、硬脂酸等通过高速混合均匀，在一定的温度下发生反应，这样就增强了石墨烯和纳米氧化铝的分散性，并且提高了石墨烯、纳米氧化铝与橡胶之间的结合力，使得制备的胎面胶具备高耐磨性和高的物理性能。
24.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.(1)本发明中纳米氧化铝为球状纳米颗粒，表面有许多微孔，与硅烷偶联剂进行化学反应，增强了其与橡胶的结合力，橡胶大分子链之间结合力增强，石墨烯为二维纳米碳材料，表面少量含氧基团在橡胶硫化反应中与橡胶大分子链结合，同样也增强了橡胶大分子链之间的结合力，本发明的胎面胶通过各原料的协同作用，提高了胎面胶的耐磨性和物理性能；
26.(2)本发明的方法首先对石墨烯和纳米氧化铝的表面处理，用高速混合机使纳米氧化铝、石墨烯与硅烷偶联剂、硬脂酸等助剂快速均匀混合，在混合过程中物料温度也会上升，此时硅烷偶联剂等助剂分解自由基与纳米氧化铝、石墨烯表面基团发生反应，这样增强纳米氧化铝和石墨烯与橡胶的结合力，增强它们的分散性，本发明的制备方法简单，生产成本低，可以大规模生产。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
28.实施例1
29.本实施例的一种高性能、高耐磨的轮胎胎面胶，所述的轮胎胎面胶包括如下原料：天然橡胶100kg、炭黑20kg、白炭黑35kg、石墨烯3kg、纳米氧化铝10kg、氧化锌3kg、硬脂酸3kg、硅烷偶联剂3kg、防老剂3kg、分散剂1kg、促进剂2kg、防焦剂0.5kg和硫磺2kg；
30.其中，硅烷偶联剂为si-69，防老剂为n-环己基-n＇-苯基对苯二胺，分散剂为微晶蜡，促进剂为n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，防焦剂为n-环己基硫代邻苯二甲酰亚安。
31.本实施例的高性能、高耐磨的轮胎胎面胶的制备方法具体如下：
32.(1)按照各原料的重量份，分别称取备用；
33.(2)在温度85℃下，将石墨烯、纳米氧化铝、白炭黑在高速混合机中进行第一次混合，第一次混合的速率为2400r/min，混合时间7min，再加入硅烷偶联剂、硬脂酸，进行第二次混合，第二次混合的速率为3400r/min，混合时间为12min，得到混合物a；
34.(3)将天然橡胶在密炼机中先塑炼1min，然后再加入炭黑、氧化锌、防老剂、分散剂、促进剂进行密炼1min，再加入所述的混合物a，再进行密炼1min，密炼的温度为60℃，密炼机转速为70r/min，在温度为140℃下进行排胶；
35.(4)开炼机辊距调整为1.3mm，将密炼机排出的胶片在开炼机中返炼2-3遍，包辊，再加入硫磺和防焦剂，左右翻胶各三次，再将开炼机辊距调至0.1mm进行薄通6-8次，按照所需的厚度和尺寸出片，放置10h，得到所述的高性能、高耐磨的轮胎胎面胶。
36.实施例2
37.本实施例的一种高性能、高耐磨的轮胎胎面胶，所述的轮胎胎面胶包括如下原料：天然橡胶100kg、炭黑22.5kg、白炭黑32.5kg、石墨烯4kg、纳米氧化铝7.5kg、氧化锌4kg、硬脂酸2.5kg、硅烷偶联剂4kg、防老剂2.5kg、分散剂2kg、促进剂1.5kg、防焦剂0.75kg和硫磺1.5kg；
38.其中，硅烷偶联剂为si-69，防老剂为n-苯基-n＇-异丙基对苯二胺，分散剂为石蜡，促进剂为2-硫醇基苯并噻唑，防焦剂为n-环己基硫代邻苯二甲酰亚安。
39.本实施例的高性能、高耐磨的轮胎胎面胶的制备方法具体如下：
40.(1)按照各原料的重量份，分别称取备用；
41.(2)在温度90℃下，将石墨烯、纳米氧化铝、白炭黑在高速混合机中进行第一次混合，第一次混合的速率为2500r/min，混合时间5min，再加入硅烷偶联剂、硬脂酸，进行第二次混合，第二次混合的速率为3500r/min，混合时间为10min，得到混合物a；
42.(3)将天然橡胶在密炼机中先塑炼1.5min，然后再加入炭黑、氧化锌、防老剂、分散剂、促进剂进行密炼2min，再加入所述的混合物a，再进行密炼2min，密炼的温度为70℃，密炼机转速为65r/min，在温度为150℃下进行排胶；
43.(4)开炼机辊距调整为1.5mm，将密炼机排出的胶片在开炼机中返炼2-3遍，包辊，再加入硫磺和防焦剂，左右翻胶各三次，再将开炼机辊距调至0.2mm进行薄通6-8次，按照所需的厚度和尺寸出片，放置12h，得到所述的高性能、高耐磨的轮胎胎面胶。
44.实施例3
45.本实施例的一种高性能、高耐磨的轮胎胎面胶，所述的轮胎胎面胶包括如下原料：天然橡胶100kg、炭黑25kg、白炭黑30kg、石墨烯5kg、纳米氧化铝5kg、氧化锌5kg、硬脂酸2kg、硅烷偶联剂5kg、防老剂2kg、分散剂3kg、促进剂1kg、防焦剂1kg和硫磺1kg；
46.其中，硅烷偶联剂为si-69，防老剂为n-环己基-n＇-苯基对苯二胺和2,2,4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体按照质量比1:1混合而成，分散剂为微晶蜡，促进剂为n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺和二硫化四甲基秋兰姆按照质量比1:1混合而成，防焦剂为n-环己基硫代邻苯二甲酰亚安。
47.本实施例的高性能、高耐磨的轮胎胎面胶的制备方法具体如下：
48.(1)按照各原料的重量份，分别称取备用；
49.(2)在温度95℃下，将石墨烯、纳米氧化铝、白炭黑在高速混合机中进行第一次混合，第一次混合的速率为2600r/min，混合时间3min，再加入硅烷偶联剂、硬脂酸，进行第二次混合，第二次混合的速率为3600r/min，混合时间为8min，得到混合物a；
50.(3)将天然橡胶在密炼机中先塑炼2min，然后再加入炭黑、氧化锌、防老剂、分散剂、促进剂进行密炼3min，再加入所述的混合物a，再进行密炼3min，密炼的温度为80℃，密炼机转速为60r/min，在温度为160℃下进行排胶；
51.(4)开炼机辊距调整为1.7mm，将密炼机排出的胶片在开炼机中返炼2-3遍，包辊，再加入硫磺和防焦剂，左右翻胶各三次，再将开炼机辊距调至0.3mm进行薄通6-8次，按照所需的厚度和尺寸出片，放置14h，得到所述的高性能、高耐磨的轮胎胎面胶。
52.对比例1
53.本对比例的胎面胶的原料及制备方法与实施例2相同，不同之处在于，不加纳米氧化铝和石墨烯。
54.对比例2
55.本对比例的胎面胶的原料及制备方法与实施例2相同，不同之处在于，不加石墨烯。
56.对比例3
57.本对比例的胎面胶的原料及制备方法与实施例2相同，不同之处在于，不加纳米氧化铝。
58.试验例1
59.分别测试实施例1-3和对比例1-3制备的胎面胶的物理性能和耐磨性，结果如表1所示。
60.表1
61.组别实施例1实施例2实施例3对比例1对比例2对比例3拉伸强度，mpa313132282629撕裂强度，kn/m130128133110105120拉断伸长率，％550540560480460500阿克隆磨耗，cm3/1.61km0.0150.0150.0140.30.20.1
62.由表1可知，采用本发明的各原料制备的胎面胶的物理性能和耐磨性更好，这是由于本发明的胎面胶通过各原料的协同作用，提高了胎面胶的耐磨性和物理性能。
63.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。