[发明专利]纳米金刚石粉对橡胶补强的方法

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶增强技术的改进，具体指一种纳米金刚石粉对橡胶补强的方法，属于橡胶增强材料技术领域。

背景技术

随着经济的不断发展，公路交通的不断发展，对轮胎高速性和安全性的要求越来越迫切。而轮胎作为汽车安全中较重要的一环，需要轮胎在耐疲劳性、提高燃油经济性和安全性等方面的得到不断的发展，这些要求可以通过提高耐磨性，减少滚动阻力，提高防滑性等方面得到满足。

填料作为轮胎的重要组成，其对轮胎材料-橡胶的填充补强作用吸引了大量专家的研究。其中目前最常用的填料为炭黑。炭黑由于其特殊的性能能改善制品耐磨性、耐撕裂、耐热、耐油等多种性能。

纳米金刚石是一种新型的纳米材料，它的应用虽然在润滑剂、电镀、高温高压烧结等方面较广泛，但关于在轮胎橡胶中的应用尚未引起广泛关注。纳米金刚石粒径小、比表面积大、硬度高，兼具了纳米材料和超硬材料的双重特性。将其应用于橡胶补强中能有效提高其硬度、耐磨性能及抗撕裂性能。但由于其脆性高，将其填充入橡胶后将导致混炼胶易断裂，所以目前还不能很好地将其用于橡胶补强。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种纳米金刚石粉对橡胶补强的方法，本方法能够提高结合胶含量，可有效提高橡胶的耐磨性、硬度、抗撕裂等性能。

本发明的技术方案是这样实现的：

纳米金刚石粉对橡胶补强的方法，首先对纳米金刚石粉进行改性，然后将改性后的纳米金刚石粉作为补强填料用于橡胶制备即可；所述纳米金刚石粉按如下步骤进行改性：

1）取适量的已干燥的纳米金刚石粉均匀铺入瓷方舟中；

2）将小瓷舟放入模具中，再将模具放入石英管内，然后向石英管中通入Ar气，以去除石英管中的空气；

3）对石英管加热使其从室温升至500℃，在此加热过程中，继续不间断的向石英管通入Ar气；

4）待石英管温度升至500℃后保温60min，保温过程中，关闭Ar气，通入过量氧气；

5）保温结束后自然降温至室温，瓷方舟中即得改性纳米金刚石粉。

其中，第3）步的升温速度为4℃/min。

纳米金刚石由于其特殊的性能能改善橡胶的一些性能，但由于其脆性导致目前关于纳米金刚石在这方面的研究很少，并未引起广泛的关注。本发明将纳米金刚石表面氧化改性后能同时具备纳米金刚石和炭黑的性能，能有效提高橡胶的耐磨性、硬度、抗撕裂等性能。

相比于普通炭黑N330，改性纳米金刚石粉补强橡胶有以下优势：

1）本发明改性后的纳米金刚石粉兼具纳米金刚石和炭黑的优势，且改性过程较简便，容易操作；

2）取等量的改性纳米金刚石粉和炭黑N330用于测定结合胶含量时，改性纳米金刚石粉做填料时结合胶含量更高；

3）取0.5g改性纳米金刚石粉和炭黑N330加入2g天然橡胶中，前者测得的力学性能更优于炭黑N330作为填料时的天然橡胶的力学性能。

附图说明

图1、2-改性前纳米金刚石粉SEM图。

图3-改性后纳米金刚石粉SEM图。

图4-改性前纳米金刚石粉XRD图。

图5-改性后纳米金刚石粉XRD图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

一、纳米金刚石粉的改性：

1）取适量的纳米金刚石粉于真空干燥箱在110℃下干燥60min，蒸发其中的水分；

2）取适量的已干燥的纳米金刚石粉均匀铺入洁净的120*60mm瓷方舟中；

3）将小瓷舟放入直径为60mm长10cm且进气端用筛网网住的不锈钢模具中（进气端用筛网网住主要是为了使进气更均匀、更方便清理石英管，该模具可根据个人需要对其长度及直径进行修改），再将模具放入石英管，固定好石英管两端法兰后向石英管中通入Ar气，以去除石英管中的空气；

4）对石英管加热使其从室温升至500℃，在此过程中，不间断的向石英管通入Ar气， Ar气流量为60mL/min；

5）待石英管温度升至500℃后保温60min，在此过程中，关闭Ar改通入过量O₂，实际氧气流量为60mL/min，该值只为确保氧气过量，在使用过程中可根据需要改变该值。

6）保温结束后自然降温至室温，取出瓷方舟即得到改性纳米金刚石粉。