本發(fā)明涉及一種全鋼子午線輪胎用胎面橡膠組合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
：全鋼絲子午線輪胎一般用于載重及工程機(jī)械車輛上。由于炭黑與橡膠具有高的物理吸附能力，帶來了高的磨耗性能(磨耗性能是通過阿克隆磨耗試驗機(jī)進(jìn)行檢測、衡量的，通常磨耗體積報道值越小，意味著耐磨性能越高)，因而被輪胎行業(yè)普遍用來作為補(bǔ)強(qiáng)填充體系的填料。但隨著炭黑用量的增大，膠料的耐磨性能提升的同時，輪胎的生熱也會相應(yīng)增大，即滾動阻力上升(滾動阻力是通過動態(tài)熱機(jī)械分析儀進(jìn)行檢測、衡量的，通常60℃的tanδ報道值越小，意味著滾動阻力越低)。白炭黑并用硅烷偶聯(lián)劑的體系替換部分炭黑，與橡膠混合，能夠大幅降低膠料的生熱，改善輪胎的滾阻性能，因而被廣泛應(yīng)用到對滾阻性能要求高的全鋼子午線輪胎。但是由于白炭黑的耐磨性能和耐切割性能不及炭黑，這使得輪胎的磨耗性能和耐切割性能(耐切割性能是通過切割試驗機(jī)進(jìn)行檢測、衡量的，通常切割體積越小，意味著耐切割性能越高)下降。因此，有必要提出有效的技術(shù)方案，解決上述問題。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種全鋼子午線輪胎用胎面橡膠組合物。該組合物兼顧耐磨、耐切割和滾阻三方面的性能。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種全鋼子午線輪胎用胎面橡膠組合物，所述組合物包括下述組分：氧化還原法制得的石墨烯0.5-3重量份，超耐磨炭黑40-60重量份，白炭黑1-15重量份。優(yōu)選地，所述組合物還包括下述組分：順1,4-聚異戊二烯橡膠100重量份，硅烷偶聯(lián)劑0.8重量份，防老劑3重量份，硬脂酸2重量份，氧化鋅3.5重量份，硫磺1.5重量份和促進(jìn)劑1重量份。優(yōu)選地，所述防老劑包括防老劑n(1,3二甲基丁基)-n’苯基對苯二胺1重量份，防老劑2,2,4-三甲基-1,2-二氫喹啉聚合物1重量份，防老劑微晶蠟12重量份。優(yōu)選地，所述氧化還原法制得的石墨烯比表面積為2630m3/g，單層厚度為0.34nm，單層比例≥90％。本申請使得石墨烯極高的補(bǔ)強(qiáng)能力。使用本發(fā)明方法解決了超高的比表面積帶來的加工困難、不易分散問題。優(yōu)選地，所述超耐磨炭黑高比表面積、易分散，具有高比表面積高結(jié)構(gòu)度，吸碘值在110g/kg以上，dbp吸收值在115×10-5m3/kg以上，氮吸附比表面積在130×103m2/kg以上。優(yōu)選地，所述白炭黑的氮吸附比表面積在150×103m2/kg以上。本發(fā)明還提供一種全鋼子午線輪胎用胎面橡膠組合物的制備方法，包括下述步驟：(1)以4‰的重量比例將石墨烯均勻混合在水溶液中，再與白炭黑在攪拌機(jī)中混勻，得到白炭黑/氧化還原法制得的石墨烯的水溶液預(yù)混合物；(2)將順1,4-聚異戊二烯橡膠，硅烷偶聯(lián)劑，防老劑，硬脂酸，超耐磨炭黑，以及步驟(1)得到的白炭黑/氧化還原法制得的石墨烯的水溶液預(yù)混合物進(jìn)行約2-3min的混煉，直至橡膠溫度達(dá)到160℃，即完成；(3)將步驟(2)得到的橡膠加入氧化鋅、硫磺和促進(jìn)劑進(jìn)行1～3min的混煉，排膠溫度不超過115℃。進(jìn)一步的，所述氧化還原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比為0.5:1-1:1。有益效果：本發(fā)明采用氧化還原法制得的石墨烯、炭黑和白炭黑并用的補(bǔ)強(qiáng)體系，兼顧耐磨、耐切割和滾阻三方面的性能。具體實施方式本發(fā)明涉及一種全鋼子午線輪胎用胎面橡膠組合物，所述組合物包括下述組分：氧化還原法制得的石墨烯0.5-3重量份，超耐磨炭黑40-60重量份，白炭黑1-15重量份。作為本發(fā)明的一個實施例，所述氧化還原法制得的石墨烯比表面積為2630m3/g，單層厚度為0.34nm，單層比例≥90％。本申請使得石墨烯極高的補(bǔ)強(qiáng)能力。使用本發(fā)明方法解決了超高的比表面積帶來的加工困難、不易分散問題。作為本發(fā)明的一個實施例，所述超耐磨炭黑高比表面積、易分散，具有高比表面積高結(jié)構(gòu)度，吸碘值在110g/kg以上，dbp吸收值在115×10-5m3/kg以上，氮吸附比表面積在130×103m2/kg以上。作為本發(fā)明的一個實施例，所述白炭黑的氮吸附比表面積在150×103m2/kg以上。本發(fā)明還涉及一種全鋼子午線輪胎用胎面橡膠組合物的制備方法，包括下述步驟：(1)以4‰的重量比例將石墨烯均勻混合在水溶液中，再與白炭黑在攪拌機(jī)中混勻，得到白炭黑/氧化還原法制得的石墨烯的水溶液預(yù)混合物；(2)將順1,4-聚異戊二烯橡膠，硅烷偶聯(lián)劑，防老劑，硬脂酸，超耐磨炭黑，以及步驟(1)得到的白炭黑/氧化還原法制得的石墨烯的水溶液預(yù)混合物進(jìn)行約2-3min的混煉，直至橡膠溫度達(dá)到160℃，即完成；(3)將步驟(2)得到的橡膠加入氧化鋅、硫磺和促進(jìn)劑進(jìn)行1～3min的混煉，排膠溫度不超過115℃。作為本發(fā)明的一個實施例，所述氧化還原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比為0.5:1-1:1。如表1中所規(guī)定成分的白炭黑/氧化還原法制得的石墨烯的水溶液預(yù)混合物。該預(yù)混合物在這里被稱之為樣品①、樣品②、樣品③。表2給出了樣品①、樣品②、樣品③預(yù)混完成后的表觀性能。表1白炭黑/氧化還原法制得的石墨烯的水溶液預(yù)混合物組分表表2樣品①、樣品②、樣品③預(yù)混完成后的表觀性能表從表2可看出，氧化還原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比為0.5:1-1:1，得到的預(yù)混合物灰白顆粒、流動性好。當(dāng)氧化還原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比為1.5:1時，得到的預(yù)混合物粘稠、結(jié)團(tuán)、流動性差。實例1在brbanbury密煉機(jī)中制備如表3中所規(guī)定成分的橡膠組合物。該橡膠組合物在這里被稱之為樣品a、樣品b、樣品c。樣品a在這里被當(dāng)作對比樣1，即，在橡膠組合物中未使用氧化還原法制得的石墨烯這一組分。樣品b在這里被當(dāng)作對比樣2，即，在橡膠組合物中未使用氧化還原法制得的石墨烯，而是采用物理法制得的石墨烯。其中樣品c中氧化還原法制得的石墨烯，是以粉狀形式，是在非生產(chǎn)性階段直接加入密煉機(jī)進(jìn)行混煉。所有的樣品在約151℃硫化約30min。表4給出了硫化樣品a、樣品b、樣品c的物理性能。本發(fā)明氧化還原法石墨烯為直接購買，廠家是山東歐鉑新材料有限公司。本發(fā)明物理法石墨烯為直接購買，廠家是煙臺市烯能新材料股份有限公司。表3全鋼子午線輪胎用胎面橡膠組合物組分表樣品abc順1,4-聚異戊二烯橡膠100.0100.0100.0物理法制得的石墨烯0.5氧化還原法制得的石墨烯0.5炭黑n115434343白炭黑10.010.010.0硅烷偶聯(lián)劑0.80.80.8防老劑40201.01.01.0防老劑rd1.01.01.0防老劑微晶蠟1.01.01.0硬脂酸2.02.02.0氧化鋅3.53.53.5硫磺1.51.51.5促進(jìn)劑1.01.01.0表4硫化樣品a、樣品b、樣品c的物理性能表從表4可看出，通過添加石墨烯，配方的阿克隆磨耗體積下降、切割量下降，說明添加石墨烯可以明顯改善配方的耐磨性能和耐切割性能；氧化還原法石墨烯的性能更好，且生熱也降低，性能更好。實例2在brbanbury密煉機(jī)中制備如實例1中樣品c所規(guī)定成分的橡膠組合物，制備過程亦同實例1中樣品c。不同之處僅在于，氧化還原法制得的石墨烯，不是以粉狀形式，而是以水溶液形式在非生產(chǎn)性階段加入密煉機(jī)進(jìn)行混煉。實例2制得的該橡膠組合物在這里被稱之為樣品d。表5給出了硫化樣品d的物理性能。表5硫化樣品d的物理性能表151℃*30min硫化d阿克隆磨耗cm30.12切割量/cm30.6060℃tanδ0.08從表5可看出，實例2與實例1對比，具體為樣品d與樣品c對比，石墨烯以水溶液形式添加到配方中比以粉末形式添加到配方中，膠料的物理性能更好。實例3在brbanbury密煉機(jī)中制備如實例2中樣品d所規(guī)定成分的橡膠組合物，制備過程亦同實例2中樣品d。不同之處僅在于，如表6所示，氧化還原法制得的石墨烯的水溶液在橡膠組合物中所占比例不同。表6實例3橡膠組合物組分表樣品efg順1,4-聚異戊二烯橡膠100.0100.0100.0氧化還原法制得的石墨烯1.02.03.0炭黑n11543.043.043.0白炭黑10.010.010.0硅烷偶聯(lián)劑0.80.80.8防老劑40201.01.01.0防老劑rd1.01.01.0防老劑微晶蠟1.01.01.0硬脂酸2.02.02.0氧化鋅3.53.53.5硫磺1.51.51.5促進(jìn)劑1.01.01.0表7硫化樣品e、樣品f、樣品g的物理性能表151℃*30min硫化efg阿克隆磨耗cm30.110.100.10切割量/cm30.680.770.8960℃tanδ0.080.070.06從表5的樣品d以及表6的樣品e、樣品f、樣品g可看出，增加石墨烯的用量，膠料耐磨、耐切割、生熱性能呈現(xiàn)先上升，出現(xiàn)峰值后再下降的趨勢。綜上，按比例在胎面橡膠中使用了與白炭黑預(yù)混的石墨烯水溶液后，能夠使胎面的磨耗性能、耐切割性能和滾阻性能得到明顯改善。本發(fā)明可用其他的不違背本發(fā)明的精神或主要特征的具體形式來概述。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，本發(fā)明的上述實施方案都只能認(rèn)為是對本發(fā)明的說明而不能限制本發(fā)明，權(quán)利要求書指出了本發(fā)明的范圍，而上述的說明并未指出本發(fā)明的范圍，因此，在與本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)認(rèn)為是包括在本發(fā)明的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁12