一种兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料及其制备方法和应用

本发明属于橡胶材料及其制备领域，具体涉及一种兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在轮胎行业，气密性是轮胎内胎、无内胎轮胎气密层的重要性能指标之一。气密性对轮胎的使用性能有较大影响，如可提高车辆的安全性和驾乘舒适性，降低轮胎滚动阻力，延长轮胎使用寿命，减少轮胎充气和气压检查次数。轮胎使用寿命的延长和滚动阻力的减小，降低了废旧轮胎数量和能源消耗，从而改善了生态环境。

2、目前溴化丁基橡胶是常用的气密层用橡胶，但是溴化丁基橡胶的弹性较低，在通用橡胶中丁基橡胶是弹性最低的。这主要是因为密集的侧甲基使得其分子链旋转位垒增高的缘故。且丁基橡胶不容易混炼，加工性能较差，同时自粘性以及与其他橡胶的互粘性不好，抗撕裂性能较差。因此，开发一种兼具高气密性和抗撕裂性能的气密层用橡胶复合材料具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有气密层用橡胶材料加工性差、弹性低和抗撕裂性能较差的技术问题，而提供了一种兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料及其制备方法和应用。

2、本发明的一种兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料以重量份数计由以下组分制备而成：

3、烯烃类橡胶100份；

4、炭黑30～60份；

5、硫磺1～3份；

6、硫化促进剂0.5～5份；

7、硫化促进助剂1.5～11份；

8、防老剂1～5份；

9、环烷油10～50份；

10、其中烯烃类橡胶以质量份数计由天然橡胶10～30份、溴化丁基胶30～60份、铁系丁戊橡胶10～50份混合而成，铁系丁戊橡胶分子量为20～30w，分子量分布为2.5～4.0，铁系丁戊橡胶中乙烯基和丙烯基侧基含量之和为60～80％。

11、进一步限定，所述铁系丁戊橡胶由丁二烯单体和异戊二烯单体按(0.5-2):1的摩尔比制成。

12、进一步限定，所述铁系丁戊橡胶由丁二烯结构单元和异戊二烯结构单元组成，丁二烯结构单元中1,2-丁二烯的摩尔含量为60～80％，1,4-丁二烯的摩尔含量为20～40％，异戊二烯结构单元中3,4-异戊二烯的摩尔含量为60～80％，1,4-异戊二烯的摩尔含量为20～40％。

13、进一步限定，铁系催化催化丁戊橡胶的玻璃化转变温度为-45～-15℃。

14、进一步限定，所述炭黑为n220、n234、n330、n375、n339、n650、n660中的一种或几种按任意比的混合物。

15、进一步限定，所述硫化促进剂为次磺酰胺类硫化促进剂，噻唑类硫化促进剂，秋兰姆类硫化促进剂的一种或几种按任意比的混合物。

16、更进一步限定，噻唑类硫化促进剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫化苯并噻唑、2-硫醇基苯并噻唑锌盐中的一种或几种按任意比的混合物。

17、进一步限定，所述硫化促进助剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，其中氧化锌的重量份为1～5份，硬脂酸的重量份为0.5～6份。

18、进一步限定，所述防老剂为防老剂445和防老剂4020中的一种或两种按任意比的混合物。

19、本发明的一种兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料的制备方法按以下步骤进行：

20、步骤1、向密炼机中加入烯烃类橡胶和炭黑，填充系数为0.6～0.8，120～135℃下混炼180～240s，然后加入硫化促进助剂、防老剂、一半环烷油继续混炼180～240s，得到混炼母胶；

21、步骤2：向混炼母胶中加入硫磺、硫化促进剂和剩余环烷油，95～100℃下混炼130～190s，得到兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料。

22、本发明的一种兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料作为轮胎胎面气密层用胶应用。

23、本发明与现有技术相比具有的显著效果：

24、本发明通过在橡胶体系中引入低分子量、宽分子量分布、高侧基含量的铁系丁戊橡胶，实现了与溴化丁基橡胶的优势互补，从而获得了一种兼具高气密性、高粘接性和高抗撕裂性的复合材料，具体优点如下：

25、1)本发明引入的铁系丁戊橡胶分子链的主链双键和侧基结构使得本发明丁戊橡胶与天然橡胶和丁基橡胶同时具有较好的相容性，此外，主链上的双键，改善了溴化丁基材料的弹性、硫化速率自粘性和与其它橡胶的互粘性。

26、2)本发明引入的铁系丁戊橡胶含有60％～80％的侧基，侧基含量大，同时其侧基体积大于溴化丁基橡胶具有对称结构的双甲基侧基，相对较大的侧基体积使其分子链之间滑移困难，内摩擦大，这能够使铁系丁戊橡胶具有相对于溴化丁基橡胶更高的抗撕裂性能。

27、3)本发明通过引入具有低分子量和宽分子量分布的铁系丁戊橡胶，其具有更好的有利于加工的门尼粘度，使炭黑和生胶浸润效果良好，从而显著降低了炭黑与橡胶分子链接触面因接触不良而产生的空隙，减少了气体分子的活动空间，从而大幅提高了橡胶复合材料的气密性。同时其1,2-丁二烯结构单元和3,4-异戊二烯结构单元的摩尔含量较高，侧基(乙烯基和丙烯基)含量在60％～80％，分子链上含量较高的侧基使气体分子从一个空穴迁移到另一个空穴，自由体积小，不利于气体在材料中扩散，从而显著提高了橡胶复合材料的气密性。

技术特征：

1.一种兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料，其特征在于，它以重量份数计由以下组分制备而成：

2.根据权利要求1所述的兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料，其特征在于，铁系丁戊橡胶由丁二烯单体和异戊二烯单体按(0.5-2):1的摩尔比制成。

3.根据权利要求1所述的兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料，其特征在于，铁系丁戊橡胶由丁二烯结构单元和异戊二烯结构单元组成，丁二烯结构单元中1,2-丁二烯的摩尔含量为60～80％，1,4-丁二烯的摩尔含量为20～40％，异戊二烯结构单元中3,4-异戊二烯的摩尔含量为60～80％，1,4-异戊二烯的摩尔含量为20～40％。

4.根据权利要求1所述的兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料，其特征在于，铁系丁戊橡胶的玻璃化转变温度为-45～-15℃。

5.根据权利要求1所述的兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料，其特征在于，炭黑为n220、n234、n330、n375、n339、n650、n660中的一种或几种的混合物，硫化促进剂为次磺酰胺类硫化促进剂，噻唑类硫化促进剂，秋兰姆类硫化促进剂的一种或几种的混合物，硫化促进助剂为氧化锌和硬脂酸的混合物，防老剂为防老剂445和防老剂4020中的一种或两种的混合物。

6.根据权利要求5所述的兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料，其特征在于，硫化促进助剂中氧化锌的重量份为1～5份，硬脂酸的重量份为0.5～6份。

7.根据权利要求5所述的兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料，其特征在于，噻唑类硫化促进剂为2-硫醇基苯并噻唑、二硫化苯并噻唑、2-硫醇基苯并噻唑锌盐中的一种或几种的混合物。

8.权利要求1-7任一项所述的兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，烯烃类橡胶和炭黑的填充系数为0.6～0.8。

10.权利要求1-7任一项所述的兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料作为轮胎胎面气密层用胶应用。

技术总结
一种兼具高气密性和抗撕裂性的橡胶复合材料及其制备方法和应用。本发明属于橡胶材料及其制备领域。本发明的目的是为了解决现有气密层用橡胶材料加工性差、弹性低和抗撕裂性能较差的技术问题。本发明的材料由烯烃类橡胶、炭黑、硫磺、硫化促进剂、硫化促进助剂、防老剂、环烷油制备而成。烯烃类橡胶由天然橡胶、溴化丁基胶、铁系丁戊橡胶混合而成，铁系丁戊橡胶分子量为20～50w，分子量分布为2.5～4.0，乙烯基和丙烯基侧基含量之和为60～80％。本发明的材料作为轮胎胎面气密层用胶应用。本发明通过在橡胶体系中引入低分子量、宽分子量分布、高侧基含量的铁系丁戊橡胶，实现了优势互补，从而获得了一种综合性能优异的复合材料。

技术研发人员：王庆刚,侯鸿斌,付正广,王亮,徐广强,周丽
受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13