一種抗開裂高性能橡膠復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種抗開裂高性能橡膠復合材料及其制備方法，包括下列質(zhì)量份的原料制成：橡膠100份，官能化的低分子量聚合物1-8份，白炭黑5-30份，防老劑1-4份，硫化劑0.5-3份，硫化活化劑1-5份，硫化促進劑1-3份。制備方法，包括以下步驟：將10-50份白炭黑超聲分散10-50min，再在真空干燥箱中烘干備用，將烘干的白炭黑與官能化的低分子量聚合物1-6份在密煉機中混煉10-30min，充分反應后與橡膠在開煉機中共混，制得的母料在硫化機中120-160℃硫化10-20min制得抗開裂高性能橡膠復合材料。延長了使用壽命，無毒，穩(wěn)定，易于存放，安全環(huán)保，抗開裂性能強。
【專利說明】一種抗開裂高性能橡膠復合材料及其制備方法

【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及高分子材料加工【技術(shù)領域】，具體涉及一種復合材料及其制備方法，尤 其是一種抗開裂高性能橡膠復合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 橡膠產(chǎn)品，尤其是輪胎，在工作中都不可避免的會遇到老化，裂紋，磨損等一系列 問題，其中裂紋的生長對橡膠的危害尤為突出，橡膠在周期的載荷的作用下，會逐漸產(chǎn)生疲 勞微裂紋，隨著時間的增加，裂紋在疲勞過程中漸漸擴展，最后會導致橡膠材料的破壞，因 此橡膠裂紋生長是一個不可忽略的問題。目前關于抗開裂橡膠復合材料主要有以下幾種 方法：通過改性的丁二烯橡膠和與鋰引發(fā)劑聚合形成的錫改性的聚丁二烯橡膠填充白炭黑 (中國專利CN101735498A)來增強橡膠的抗開裂性能；通過一種表面改性的芳綸增強天然 橡膠材料的抗裂紋生長（中國專利CN103243561A);通過添加耐磨性膨脹石墨增強橡膠復 合材料的抗裂紋生長（中國專利CN103483631A)等。
[0003] 炭黑和白炭黑作為一種廉價的填料，常常作為橡膠的補強劑，大大降低了橡膠生 產(chǎn)的成本，其中，炭黑是生產(chǎn)輪胎的主要補強劑，而對于淺色產(chǎn)品的補強，用到最多的就是 白炭黑，白炭黑同時具有超強的粘附力、低生熱等性質(zhì)，所以在黑色橡膠制品中亦可替代部 分炭黑，在綠色輪胎方面越來越引起重視。然而，在相似的比表面積下，其補強效果不如 炭黑，這是由于其表面大量的硅羥基（Si-OH)使之成為高極性材料，而像很多常用的橡膠 (NR、SBR···)是非極性的，這樣，由于兩者的相容性不好，導致填料表面在高應變下會與橡膠 分子相互滑動而產(chǎn)生能量耗散。通常，解決這一問題的方法是加入硅烷偶聯(lián)劑，通過其兩 端的活性官能團架起了溝通填料和橡膠間的橋梁，增強了白炭黑和橡膠間的相互作用，改 善了白炭黑填充非極性橡膠的性能。中國專利CN103992437A通過制備一種新型硅烷類大 分子偶聯(lián)劑實現(xiàn)對無機填料和基體材料之間界面結(jié)構(gòu)的控制和優(yōu)化。然而由于大部分硅烷 偶聯(lián)劑都有一定的毒性，而且不易于存放（易分解）而且由于多數(shù)硅烷偶聯(lián)劑的相對分子 量較大，在混煉過程中需要較長的時間和較高的溫度，其中的硫鍵在高溫混煉中發(fā)生斷裂 而參與硫化反應，導致焦燒，成為了硅烷偶聯(lián)劑的致命的缺點。因此，需要開發(fā)一種無毒，穩(wěn) 定的橡膠補強劑來改善白炭黑填充橡膠的性能尤為重要。
[0004] 為了讓橡膠易于加工，工業(yè)中往往要加入液體油類和脂類來達到軟化的效果，這 樣更方便加工，然而這類物質(zhì)多數(shù)含有多環(huán)芳烴化合物，這類物質(zhì)與皮膚接觸對人體有害， 且大多數(shù)具有污染性，陽光下易變色；在橡膠中容易被抽出，發(fā)生迀移，使其在橡膠中的應 用大打折扣。目前，與橡膠具有類似結(jié)構(gòu)的低分子量聚合物作為軟化劑的研宄成為了熱門 話題，他們不僅能給予橡膠良好的加工性能，而且其鏈結(jié)構(gòu)與橡膠相似，官能化后能顯著改 善填料與基體的相容性，且能在硫化時參與交聯(lián)，成為橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡中的一個組成部分，使 橡膠具有優(yōu)良的物理性能和穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種抗開裂高性能橡膠復合材料及其制備 方法，結(jié)合官能化的低分子量聚合物和白炭黑的特點，讓帶有羥基的白炭黑接枝到帶有羧 基側(cè)鏈的官能化的低分子量聚合物上，并通過硫化，進入橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中，使白炭黑更 好的分散在橡膠中，最終賦予橡膠更好的抗開裂性能，穩(wěn)定性好，易于存放，安全環(huán)保，使用 壽命長，抗開裂性能強。
[0006] 為解決上述現(xiàn)有的技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下方案：一種抗開裂高性能橡膠復合 材料，包括下列質(zhì)量份的原料制成：橡膠100份，官能化的低分子量聚合物1-8份，白炭黑 5-30份，防老劑1-4份，硫化劑0. 5-3份，硫化活化劑1-5份，硫化促進劑1-3份。
[0007] 作為優(yōu)選，所述硫化劑為硫磺。
[0008] 作為優(yōu)選，所述防老劑為N-環(huán)己基-Ν' -苯基對苯二胺，Ν'，Ν' -二環(huán)己基對苯二 胺中的至少一種。
[0009] 作為優(yōu)選，所述硫化活化劑為氧化鋅和硬脂酸。
[0010] 作為優(yōu)選，所述硫化促進劑為二硫化苯并噻唑，N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺， 二硫化四甲基秋蘭姆三種中的其中一種。
[0011] 作為優(yōu)選，所述白炭黑的粒徑為30-50納米。
[0012] 作為優(yōu)選，所述官能化的低分子量聚合物側(cè)鏈含有羧基。
[0013] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種抗開裂高性能橡膠復合材料的制備方法，包括 以下步驟：將10-50份白炭黑超聲分散10_50min，再在真空干燥箱中烘干備用，將烘干的白 炭黑與官能化的低分子量聚合物1-6份在密煉機中混煉10_30min，充分反應后與橡膠在開 煉機中共混，制得的母料在硫化機中120-160°C硫化10_20min制得抗開裂高性能橡膠復合 材料。
[0014] 有益效果：
[0015] 本發(fā)明采用上述技術(shù)方案提供一種抗開裂高性能橡膠復合材料及其制備方法，彌 補了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，減少了橡膠受力時的應力集中現(xiàn)象，減緩了裂紋生長的速度，成功 的提升了橡膠抗開裂性能。

【具體實施方式】
[0016] -種抗開裂高性能橡膠復合材料，包括下列質(zhì)量份的原料制成：橡膠100份，官能 化的低分子量聚合物1-8份，白炭黑5-30份，防老劑1-4份，硫化劑0. 5-3份，硫化活化劑 1-5份，硫化促進劑1-3份。所述硫化劑為硫磺。所述防老劑為N-環(huán)己基-Ν' -苯基對苯 二胺，Ν'，Ν'_二環(huán)己基對苯二胺中的至少一種。所述硫化活化劑為氧化鋅和硬脂酸。所述 硫化促進劑為二硫化苯并噻唑，N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，二硫化四甲基秋蘭姆三 種中的其中一種。所述白炭黑的粒徑為30-50納米。所述官能化的低分子量聚合物側(cè)鏈含 有幾基。
[0017] -種抗開裂高性能橡膠復合材料的制備方法，包括以下步驟：將10-50份白炭黑 超聲分散10_50min，再在真空干燥箱中烘干備用，將烘干的白炭黑與官能化的低分子量聚 合物1-6份在密煉機中混煉10-30min，充分反應后與橡膠在開煉機中共混，制得的母料在 硫化機中120-160°C硫化10_20min制得抗開裂高性能橡膠復合材料。
[0018] 本發(fā)明所用官能化的低分子量聚合物帶有側(cè)基羧基，如下式所示：
[0019]

【權(quán)利要求】
1. 一種抗開裂高性能橡膠復合材料，其特征在于：包括下列質(zhì)量份的原料制成：橡膠 1〇〇份，官能化的低分子量聚合物1-8份，白炭黑5-30份，防老劑1-4份，硫化劑0. 5-3份， 硫化活化劑1-5份，硫化促進劑1-3份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗開裂高性能橡膠復合材料，其特征在于：所述硫化劑 為硫磺。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗開裂高性能橡膠復合材料，其特征在于：所述防老劑 為N-環(huán)己基-N' -苯基對苯二胺，N'，N' -二環(huán)己基對苯二胺中的至少一種。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗開裂高性能橡膠復合材料，其特征在于：所述硫化活 化劑為氧化鋅和硬脂酸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗開裂高性能橡膠復合材料，其特征在于：所述硫化促 進劑為二硫化苯并噻唑，N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，二硫化四甲基秋蘭姆三種中的 其中一種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗開裂高性能橡膠復合材料，其特征在于：所述白炭黑 的粒徑為30-50納米。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種抗開裂高性能橡膠復合材料，其特征在于：所述官能化 的低分子量聚合物側(cè)鏈含有羧基。
8. -種抗開裂高性能橡膠復合材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：將10-50 份白炭黑超聲分散10_50min，再在真空干燥箱中烘干備用，將烘干的白炭黑與官能化低分 子量聚合物1-6份在密煉機中混煉10_30min，充分反應后與橡膠在開煉機中共混，制得的 母料在硫化機中120-160°C硫化10_20min制得抗開裂高性能橡膠復合材料。
【文檔編號】C08K13/06GK104497378SQ201510001560
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月4日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月4日
【發(fā)明者】翁更生 申請人:寧波大學