高导热橡胶组合物、其制备方法和轮胎的制作方法
【技术领域】
[0001] 本申请属于材料技术领域，特别是涉及一种高导热橡胶组合物，主要应用于轮胎。
【背景技术】
[0002] 随着经济的飞速发展，汽车的数量与日倶增，轮胎作为汽车中重要的组成，轮胎的 需求量也是逐年增加，那么由轮胎引起的一系列的能源问题和安全问题就会受到极大的关 注和重视。轮胎在生产过程中需要进行硫化才能达到所需的强度和使用价值，如果轮胎用 胶料具有较好的导热性能，那么在硫化过程中可以明显缩短硫化时间，同时在使用过程中 可以将轮胎变形而产生的的热量释放出去从而降低了轮胎的行驶温度，保证了轮胎的使用 寿命。
[0003]碳纳米管具有许多独特的性质，比如：很大的长径比、很高的拉伸强度、优良的导 电导热性能等。它的优良的热学性能可以在提高材料力学性能的同时赋予材料在热方面的 独特性能，通过碳纳米管的添加可以是材料达到较高的导热水平。
[0004]石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，石墨烯的导热系数高达 5300W/mK，是一种较好的导热材料。但是在实际生产过程中单层石墨烯很难得到，大都是几 层石墨稀叠加在一起而得到的石墨稀片。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种高导热橡胶组合物、其制备方法和轮胎，以克服现有 技术中的不足。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007]本申请实施例公开了一种高导热橡胶组合物，按照重量份包括：
[0008] 100重量份的橡胶；
[0009] 20~75重量份的炭黑；
[0010] 〇~25重量份的白炭黑；
[0011] 0.1~10重量份的碳纳米管；
[0012] 0.1~10重量份的石墨烯。
[0013] 优选的，在上述的高导热橡胶组合物中，还包括〇~15phr的增塑剂；2~5phr的抗 氧化剂;〇. 5~5phr的促进剂；1~12phr的活性剂；以及0.5~6phr的硫磺。
[0014]优选的，在上述的高导热橡胶组合物中，所述碳纳米管的长度0.5~100μπι，直径为 5 ~200nm。
[0015] 优选的，在上述的高导热橡胶组合物中，所述的石墨烯层数为1-20层，比表面积为 40 ~300m2/g。
[0016] 优选的，在上述的高导热橡胶组合物中，所述的碳纳米管的含量为1~5重量份。 [0017]优选的，在上述的高导热橡胶组合物中，所述的石墨烯的含量为1~7重量份。
[0018]优选的，在上述的高导热橡胶组合物中，所述橡胶为二烯类橡胶。
[0019] 优选的，在上述的高导热橡胶组合物中，所述白炭黑的含量为5~15重量份。
[0020] 优选的，在上述的高导热橡胶组合物中，所述炭黑的含量为30~40重量份。
[0021] 相应的，本申请还公开了一种高导热橡胶组合物的制备方法，包括：
[0022] ⑴母炼：
[0023]母炼是在密炼机中进行的，起始温度为20-80°C，转速为30-80转/分钟，压力为3-8bar，加料顺序为:橡胶在初始加入，10-60秒后加入白炭黑、炭黑、碳纳米管、石墨稀、偶联 剂、防老剂、氧化锌、微晶蜡、硬脂酸和增塑剂，最后在140_175°C时排胶；
[0024] (2)终炼：
[0025] 终炼是在密炼机中进行，加料顺序:在开始先母胶，10-60秒后加入促进剂和硫磺， 100-400秒后排胶。
[0026]本申请还公开了一种轮胎，包括所述的高导热橡胶组合物。
[0027]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明的轮胎制品在维持原有的加工性能 和常规物理性能的基础上，提高了整体材料的导热性能，缩短了硫化时间，同时提高了轮胎 长期高负荷使用时的耐久性能。
【具体实施方式】
[0028]本申请实施例公开了一种高导热橡胶组合物，按照重量份包括：
[0029] 100重量份的橡胶；
[0030] 20~75重量份的炭黑；
[0031] 0~25重量份的白炭黑；
[0032] 0.1~10重量份的碳纳米管；
[0033] 0.1~10重量份的石墨烯。
[0034]在上述高导热橡胶组合物中，橡胶体系优选用二烯类橡胶，其中二烯类橡胶以100 重量份数(phr)计算。
[0035]二烯类橡胶包括天然橡胶及其他各种合成橡胶，其中合成橡胶的可以包括顺丁橡 胶(顺-1，4-聚丁二烯）、异戊橡胶(顺-1，4-聚戊二烯，包括天然橡胶和合成异戊橡胶）、丁基 橡胶(包括普通丁基橡胶、氯化丁基橡胶、溴化丁基橡胶和羧化丁基橡胶）、丁苯橡胶(丁二 烯/苯乙烯共聚物，包含乳聚丁苯橡胶和溶聚丁苯橡胶）。优选天然橡胶。
[0036]在上述高导热橡胶组合物中，炭黑的含量为20~75重量份，优选为20~55重量份， 更优选30~40重量份。
[0037]在本实施例中，炭黑包括，但不限于：N110、N121、N134、N220、N231、N234、N242、N293、N299、N315、N326、N330、N332、N339、N343、N347、N351、N358、N375、N539、N550、N582、 呢30、册42、啪50、呢60、呢83川754、町62、阶65、町70、阶74、町87、册07、船08川990、戀91。这 些炭黑具有比表面积是15_150m2/g，DBP的吸收值是30-150cm3/100g的特征。
[0038]在上述高导热橡胶组合物中，白炭黑的含量为0~25重量份，优选5~11重量份。较 佳地，白炭黑包括气相白炭黑和沉淀白炭黑，优选沉淀白炭黑。本实施例中业可以不使用白 炭黑。
[0039]在上述高导热橡胶组合物中，碳纳米管的含量为0.1~10份，优选1~5份。优选的， 碳纳米管的纯度2 95wt%。碳纳米管具有5~200nm的直径。碳纳米管具有0.5~100μπι的长 度。碳纳米管为未处理碳纳米管或经过表面处理的碳纳米管，其中的处理基团可以包含不 饱和碳碳双键基团、羧基和羟基等，若为不饱和双键基团处理，不饱和双键可以位于改性基 团的主链上或支链上。碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。
[0040]在上述高导热橡胶组合物中，石墨稀含量为0.1~10份，优选1~7份。较佳地，石墨 稀的比表面积为30~200m2/g，优选40~120m2/g。石墨稀的层数为1~20层结构，优选10~15 层。石墨烯包括未处理和经过表面处理的石墨烯。
[0041 ]在上述高导热橡胶组合物中，还可包含各种添加剂：
[0042 ]橡胶组合物还可包括0~15重量份的增塑剂。可以在橡胶混合过程中加入增塑剂， 也可以包含于橡胶中。所述增塑剂包括本领域已知的各种油，包括芳烃油、环烷油、石蜡油、 植物系的各种油等，以及本领域已知的各种树脂，包括碳五、碳九、萜烯和植物系的各种树 脂等。本实施例中也可以不添加增塑剂。
[0043] 橡胶组合物还可包括添加剂:抗氧化剂，其用量一般为2-5重量份，可用于本发明 的抗氧剂有各种物理和化学防老剂;活性剂1-12重量份。
[0044] 橡胶组合物还可包括硫化促进剂来控制硫化的时间以及温度，改善橡胶的加工和 使用性能。较佳地，使用两种促进剂，即主促进剂和助促进剂。其中主促进剂的用量一般是 〇. 5-3重量份，助促进剂的用量较少，一般为0.05-2重量份。可用于本实施例的促进剂的种 类有噻唑类、秋兰姆类、次磺酰胺类、二硫代氨基甲酸盐类、黄原酸类、胍类、硫脲类等。较佳 地，主促进剂是次磺酰胺类，助促进剂是胍类。
[0045] 本申请实施例还公开了一种轮胎，其包括上述的高导热橡胶组合物。橡胶组合物 应用于轮胎的胎面、基本胶、胎侧、胎肩、三角胶、带束层胶、胎体胶、过渡层胶、气密层胶等， 优选应用于胎面。
[0046] 本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。 然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用 于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
[0047]橡胶组合物的制备：
[0048] 通过混炼的方法来制备具有以下组成的橡胶组合物，所述混炼包括：
[0049] (1)母炼：
[0050]母炼是在X(S)M-1.6X(0~180)型密炼机中进行的，