CN110862623A - 一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料及其制备方法，所述胶料原料按重量份包括以下组分：卤化丁基橡胶50‑100份，合成橡胶0‑50份，炭黑填充剂40‑80份，石墨烯1‑10份，片状矿物10‑30份，吸酸剂0.5‑3份，加工助剂4‑20份，防老剂0‑5份，增粘树脂2‑5份，硫化剂1.5‑5份，硫化促进剂1‑2.5份。本发明通过添加石墨烯和片状矿物以及其它材料品种选择和合理的配方配比，设计出了一种或几种物理性能较好，气密性好，耐热老化和耐老化龟裂的航空轮胎密封层胶；该胶料成分简单，原材料易得，便于制造实施。应用于航空轮胎作密封层，可大幅度降低航空轮胎充气气体的渗透率，提高航空轮胎保压性能，提高航空轮胎的安全性和使用寿命。

Description

一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料及其制备方法

技术领域

本发明属于轮胎加工领域，具体是一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料及其制备方法。

背景技术

目前，大多航空轮胎密封层胶料，主要使用的是卤化丁基橡胶与部分的天然橡胶、丁苯橡胶料并用，填料主要使用的是N330、N326和N660炭黑。这种胶料普遍暴露出容易老化、耐热性低、保压性不强、寿命短等一系列问题，影响到航空轮胎的使用。

卤化(溴化或氯化)丁基橡胶是一种稳定性较好的橡胶，具有优越耐臭氧、耐天候老化性、耐温及气密性佳等特点，提高其用量可以提高胶料的耐透气性，但对保压性能要求高的轮胎或飞行器，仅靠提高卤化丁基橡胶的用量，其保压性能仍有一定差距，还需从填充剂想办法提高。

发明内容

本发明针对上述情况，提供一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料及其制备方法，这种胶料便于制造实施，物理性能较好，气密性好，耐热老化和耐老化龟裂，应用于航空轮胎作密封层，可大幅度降低航空轮胎充气气体的渗透率，维持轮胎压力稳定，提高航空轮胎的安全性和使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶50-100份，合成橡胶0-50份，炭黑填充剂40-80份，石墨烯1-10份，片状矿物10-30份，吸酸剂0.5-3份，加工助剂4-20份，防老剂0-5份，增粘树脂2-5份，硫化剂1.5-5份，硫化促进剂1-2.5份。

进一步地，所述石墨烯为具有片状结构的氧化石墨烯，为10层以六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的二维碳材料，热导率为850W/(m*k)，平均粒度10-30μm。

进一步地，所述片状矿物为具有片状结构的滑石粉或片状粘土，为单用或二者并用；其片层平均直径300-500nm(TEM)，片层平均厚度为20-50nm(TEM)，比表面积30-50m²/g。

石墨烯是经氧化后片层剥离的一种具有片层结构纳米填料，除具有优异的机械、导热、导电性能外，还有比炭黑更好的气体阻隔性能。片状矿物填料如片状陶土和片状滑石粉也具有片层结构，其阻隔气体性也较好，但矿物填料会导致使胶料的导电、导热性能下降，降低轮胎的抗静电能力。如果在航空轮胎密封层胶中增加卤化丁基橡胶用量，并在填料中添加石墨烯和片状矿物填料，将大幅度提高密封层胶的耐透气性而不降低其抗静电能力。

优选地，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶50份，天然橡胶20份，丁苯橡胶30份，炭黑N660 30份，炭黑N326 25份，石墨烯5份，片状矿物10份，活性氧化镁2份，环烷油5份，硬脂酸1份，氧化锌-80 6份，防老剂TMQ 2份，防老剂6PPD 2份，增粘树脂204 2份，硫磺IS-60 3份，促进剂CZ 1.5份，促进剂DM0.8份，促进剂TMTD 0.3份。

优选地，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶70份，天然橡胶10份，丁苯橡胶20份，炭黑N660 50份，石墨烯3份，片状矿物15份，活性氧化镁3份，环烷油8份，硬脂酸3份，氧化锌-80 4份，防老剂TMQ 1.5份，防老剂6PPD 1.5份，增粘树脂204 3份，硫磺IS-60 1份，促进剂CZ 0.5份，促进剂DM 1份，促进剂TMTD 0.5份。

优选地，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶80份，天然橡胶20份，炭黑N660 50份，石墨烯10份，片状矿物20份，活性氧化镁4份，环烷油8份，硬脂酸3份，氧化锌-80 5份，防老剂TMQ 1.5份，防老剂6PPD 1.5份，增粘树脂204 4份，硫磺IS-60 1份，促进剂CZ 0.6份，促进剂DM 1.2份，促进剂TMTD 0.2份。

优选地，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶100份，炭黑N660 40份，石墨烯5份，片状矿物30份，活性氧化镁2份，环烷油10份，硬脂酸5份，氧化锌-80 3.75份，防老剂TMQ 1份，防老剂6PPD 1份，增粘树脂204 5份，硫磺IS-60 0.5份，促进剂DM 1.5份，促进剂TMTD 1份。

本发明所述卤化丁基橡胶是溴化丁基橡胶或氯化丁基橡胶，二者橡胶耐透气性基本相同，氯化丁基橡胶硫化速度较溴化丁基橡胶要慢，二者仅需调整硫化促进剂即可得到合适的硫速，而无需调整其他组份即可得到所需的胶料性能。溴化丁基橡胶和氯化丁基橡胶可单用其中一种，也可二者并用。

本发明所述的合成橡胶是指天然橡胶、丁苯橡胶，可单用或并用。

本发明所述炭黑填充剂使用的是通用炭黑、快压炭黑、半补强炭黑等其中一种，也可以多种并用。这些炭黑在加工时易于混炼加工，其硫化胶的弹性好，生热低，动态性能良好。

本发明所述吸酸剂是活性氧化镁。

本发明所述加工助剂是均匀剂(芳香烃树脂混合物)、坜青、古马隆树脂、芳烃油、松焦油和环烷油等其中一种，或多种并用；均匀剂有40MSF、145A、RH-100等。

本发明所述防老剂是N-(1,3-二甲基丁基)N/-苯基对苯二胺(6PPD)和2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体(TMQ)。防护体系采用防老剂TMQ+防护蜡+防老剂6PPD，有着优良的抗氧、抗臭氧、抗曲挠作用，对天候老化也有较好的防护作用，且对变价金属有钝化作用，对于须长时间使用的橡胶减震垫可长时间进行保护。

本发明所述增粘树脂是辛基酚醛树脂、叔丁基酚醛树脂，如203、204树脂等。

本发明所述硫化剂是氧化锌和硫磺，硫磺可以是普通硫磺和不溶性硫磺或充油硫磺。氧化锌用量为1-8份，氧化锌用预分散母胶的氧化锌-80较好；硫磺用量为0-3份。

本发明所述硫化促进剂是二硫化二苯并噻唑(DM)、2-巯基苯并噻唑(M)和二硫化秋姆(TMTD)，可以单用或并用，用量1-3份。

上述含石墨烯的航空轮胎密封层胶料的制备方法，制备方法采用密炼机二段混炼法，包括如下步骤：

第一步，先将卤化丁基橡胶、炭黑、石墨烯、片状矿物材料及其它材料混炼后得到母胶；

第二步，将母胶重新投入密炼机，在较低温度下加入硫化剂和促进剂混炼后得到终炼胶。

本发明含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，跟现有的配方技术相比，本发明通过添加石墨烯和片状矿物填料以及其它材料品种选择和合理的配方配比，通过各组分之间相互配合，设计出了一种或几种物理性能较好，气密性好，耐热老化和耐老化龟裂的航空轮胎密封层胶；该胶料成分简单，原材料易得，便于制造实施。应用于航空轮胎作密封层，可大幅度降低航空轮胎充气气体的渗透率，维持轮胎压力稳定，彻底提高了航空轮胎的气密性和保压性能，提高轮胎安全性，延长航空轮胎本身的使用寿命。

具体实施方式

一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶50-100份，合成橡胶0-50份，炭黑填充剂40-80份，石墨烯1-10份，片状矿物10-30份，吸酸剂0.5-3份，加工助剂4-20份，防老剂0-5份，增粘树脂2-5份，硫化剂1.5-5份，硫化促进剂1-2.5份。

上述含石墨烯的航空轮胎密封层胶料的制备方法，制备方法采用密炼机二段混炼法，包括如下步骤：

第一步，先将卤化丁基橡胶、炭黑、石墨烯、片状矿物材料及其它材料混炼后得到母胶；

第二步，将母胶重新投入密炼机，在较低温度下加入硫化剂和促进剂混炼后得到终炼胶。

下面通过实施例来对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。

实施例1：

本实施例含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶50份，天然橡胶20份，丁苯橡胶30份，炭黑N660 30份，炭黑N326 25份，石墨烯5份，片状矿物10份，活性氧化镁2份，环烷油5份，硬脂酸1份，氧化锌-80 6份，防老剂TMQ 2份，防老剂6PPD 2份，增粘树脂204 2份，硫磺IS-60 3份，促进剂CZ 1.5份，促进剂DM0.8份，促进剂TMTD 0.3份。

上述含石墨烯的航空轮胎密封层胶料的制备方法，制备方法采用密炼机二段混炼法，包括如下步骤：

步骤1，母胶混炼：设置密炼机转速为50rpm，在密炼机中加入卤化丁基橡胶、炭黑、石墨烯、片状矿物材料，混炼60s后加入操作油，混炼至120s后加入硬脂酸、加工助剂、氧化镁助剂，混炼至170s，提栓，然后压栓至240s后排料即得母胶，排胶温度控制在130℃以下；

步骤2，终炼胶混炼：设置密炼机转速为30rpm，在密炼机中加入母胶，混炼30s后加入氧化锌、硫磺和促进剂，混炼至70s，提栓，然后压栓至120s后排料即得终炼胶，排胶温度控制在105℃以下。

实施过程采用GK250密炼机，也可采用其它容量的密炼机，根据密炼机的密炼室体积确定混炼胶的多少。

实施例2：

本实施例含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶70份，天然橡胶10份，丁苯橡胶20份，炭黑N660 50份，石墨烯3份，片状矿物15份，活性氧化镁3份，环烷油8份，硬脂酸3份，氧化锌-80 4份，防老剂TMQ 1.5份，防老剂6PPD 1.5份，增粘树脂204 3份，硫磺IS-60 1份，促进剂CZ 0.5份，促进剂DM 1份，促进剂TMTD 0.5份。

其余同实施例1。

实施例3：

本实施例含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶80份，天然橡胶20份，炭黑N660 50份，石墨烯10份，片状矿物20份，活性氧化镁4份，环烷油8份，硬脂酸3份，氧化锌-80 5份，防老剂TMQ 1.5份，防老剂6PPD1.5份，增粘树脂204 4份，硫磺IS-60 1份，促进剂CZ 0.6份，促进剂DM 1.2份，促进剂TMTD 0.2份。

其余同实施例1。

实施例4：

本实施例含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶100份，炭黑N660 40份，石墨烯5份，片状矿物30份，活性氧化镁2份，环烷油10份，硬脂酸5份，氧化锌-80 3.75份，防老剂TMQ 1份，防老剂6PPD 1份，增粘树脂204 5份，硫磺IS-60 0.5份，促进剂DM 1.5份，促进剂TMTD 1份。

其余同实施例1。

对上述实施例1-4以及对比例所得的胶料进行性能测试，在表1中列出了测试结果。其中对比例的配方中不含石墨烯和片状矿物。

表1实施例1-4以及对比例的性能测试结果

从表1可看到，实施例1-4均比对比例的气密性、耐热性和耐臭氧老化龟裂要好。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，其特征在于，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶50-100份，合成橡胶0-50份，炭黑填充剂40-80份，石墨烯1-10份，片状矿物10-30份，吸酸剂0.5-3份，加工助剂4-20份，防老剂0-5份，增粘树脂2-5份，硫化剂1.5-5份，硫化促进剂1-2.5份。

2.根据权利要求1所述的含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，其特征在于，所述石墨烯为具有片状结构的氧化石墨烯，为10层以六角形蜂巢结构周期性紧密堆积的碳原子以不同堆垛方式堆垛构成的二维碳材料，平均粒度10-30μm。

3.根据权利要求1所述的含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，其特征在于，所述片状矿物为具有片状结构的滑石粉或片状粘土，为单用或二者并用；其片层平均直径300-500nm（TEM），片层平均厚度为20-50nm（TEM），比表面积30-50m²/g。

4.根据权利要求1所述的含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，其特征在于，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶50份，天然橡胶20份，丁苯橡胶30份，炭黑N660 30份，炭黑N326 25份，石墨烯5份，片状矿物10份，活性氧化镁2份，环烷油5份，硬脂酸1份，氧化锌-80 6份，防老剂TMQ 2份，防老剂6PPD 2份，增粘树脂204 2份，硫磺IS-60 3份，促进剂CZ 1.5份，促进剂DM0.8份，促进剂TMTD 0.3份。

5.根据权利要求1所述的含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，其特征在于，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶70份，天然橡胶10份，丁苯橡胶20份，炭黑N660 50份，石墨烯3份，片状矿物15份，活性氧化镁3份，环烷油8份，硬脂酸3份，氧化锌-80 4份，防老剂TMQ 1.5份，防老剂6PPD 1.5份，增粘树脂204 3份，硫磺IS-60 1份，促进剂CZ 0.5份，促进剂DM 1份，促进剂TMTD 0.5份。

6.根据权利要求1所述的含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，其特征在于，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶80份，天然橡胶20份，炭黑N660 50份，石墨烯10份，片状矿物20份，活性氧化镁4份，环烷油8份，硬脂酸3份，氧化锌-80 5份，防老剂TMQ 1.5份，防老剂6PPD 1.5份，增粘树脂204 4份，硫磺IS-60 1份，促进剂CZ 0.6份，促进剂DM 1.2份，促进剂TMTD 0.2份。

7.根据权利要求1所述的含石墨烯的航空轮胎密封层胶料，其特征在于，所述胶料原料按重量份包括以下组分：

卤化丁基橡胶100份，炭黑N660 40份，石墨烯5份，片状矿物30份，活性氧化镁2份，环烷油10份，硬脂酸5份，氧化锌-80 3.75份，防老剂TMQ 1份，防老剂6PPD 1份，增粘树脂204 5份，硫磺IS-60 0.5份，促进剂DM 1.5份，促进剂TMTD 1份。

8.权利要求1-7任一项所述的一种含石墨烯的航空轮胎密封层胶料的制备方法，其特征在于，制备方法采用密炼机二段混炼法，包括如下步骤：

步骤1，母胶混炼：设置密炼机转速为50rpm，在密炼机中加入卤化丁基橡胶、炭黑、石墨烯、片状矿物材料，混炼60s后加入操作油，混炼至120s后加入硬脂酸、加工助剂、氧化镁助剂，混炼至170s，提栓，然后压栓至240s后排料即得母胶，排胶温度控制在130℃以下；

步骤2，终炼胶混炼：设置密炼机转速为30rpm，在密炼机中加入母胶，混炼30s后加入氧化锌、硫磺和促进剂，混炼至70s，提栓，然后压栓至120s后排料即得终炼胶，排胶温度控制在105℃以下。