[发明专利]一种低生热、高导热的工程巨胎基部胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶技术领域，具体地说是一种低生热、高导热工程巨胎基部胶复合材料及其制备方法。

背景技术

巨型工程轮胎目前普遍公认的概念是由中橡协会提出的：轮胎规格轮辋标称外径为33英寸及其以上的，且轮胎设计外直径在2000mm以上，单胎负荷量在20000kg以上的工程轮胎。主要应用于重型自卸车、装载机、挖掘机、铲运机、推土机和压路机等大型和重型工程机械。

近年来，随着我国经济社会的不断发展，工程轮胎得到了广泛的发展和应用，由于橡胶的粘弹特性使得在周期性载荷下生热很大，而且橡胶是热的不良导体，产生的热量很难及时排出，会造成热量的积累，从而对轮胎产生热损伤，损害轮胎性能，缩短使用时间。对于工程巨胎来说，热损伤比载重胎等更加严重，这是因为工程巨胎橡胶部件很厚，热损伤严重，这已成为工程巨胎早期破坏的主要问题。例如工程巨胎的基部胶厚度很大，轮胎基部胶是将胎面与带束层紧密结合在一起，如型号18.00R33的工程巨胎的基部胶厚度达到了8mm，型号27.00R49的工程巨胎的基部胶厚度为9mm，在这种情况下，热量的积累会更加严重，长时间工作下会使其老化速度加快，力学性能迅速下降，橡胶分子链发生降解，在高应力下出现结构破坏等严重问题，造成轮胎的过早损坏。在施工过程中，经常需要停车让轮胎休息，防止轮胎发生热损伤，这就造成了生产效率的低下；而工程巨胎价格高，使用寿命的缩短会增加运营成本。如何制备低生热、高导热工程巨胎基部胶就成了改善轮胎散热提高使用寿命的关键。

一些研究人员尝试来制备低生热高导热的橡胶制品。丁金波等采用一种纳米氧化铝作为导热填料来制备一种用于载重胎胎肩胶的橡胶复合材料，结果表明生热虽明显降低，但力学性能不足，且导热性能提高幅度不明显(纳米氧化铝/天然橡胶复合材料的性能研究)。翟俊学等将氧化锌作为导热填料加入橡胶中，当氧化锌用量超过8份时，随着氧化锌用量的增加，橡胶的动态生热降低，导热率提高，但力学性能开始下降(导热填料对NR/BR硫化胶的生热和导热的影响)。徐世传等研究了高导热补强炭黑对橡胶的影响，发现高导热补强炭黑可以在橡胶力学性能变化不大的情况下，提高导热率，但在动态条件下的生热不能保证，不能满足动态工况下的低生热(导热橡胶配方在轮胎中的应用研究)。秘彤等发现碳纳米管的加入可以提高橡胶复合材料的力学性能，但会提高生热，在炭黑补强体系中对于导热也存在着一定的负协同作用(碳纳米管/炭黑/天然橡胶复合材料的性能研究)。目前虽然已有研究人员在尝试制备低生热高导热的橡胶复合材料，但这些尝试并没有针对受热积累影响严重的工程巨胎。因此在保证基部胶力学性能的前提下，降低动态条件下的生热以及提高导热率成为近些年来轮胎企业关注的焦点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有工程巨胎基部胶复合材料的不足，而提供一种力学性能符合要求、低生热、高导热、提高轮胎使用寿命的工程巨胎基部胶复合材料及其制备方法。

本发明所提供的这种力学性能符合要求、低生热、高导热、提高轮胎使用寿命的工程巨胎基部胶复合材料，其特征在于，配合比例以重量份计，天然橡胶100份，亚微米级无机导热填料80-200份，碳纳米管1到10份，硅烷偶联剂1-10份，硫化剂2-9份(促进剂1-3份，硫磺0.5-3份，不溶性硫磺0.5-3份)，一种或几种其他助剂。此处其他助剂没有特殊的要求，均为本领域常规的助剂，如氧化锌，硬脂酸，防老剂等中的一种或几种。每种助剂的加入量没有特殊要求，均为本领域的常规用量，例如氧化锌1-5份,硬脂酸1-3份，防老剂2-5份等。

亚微米级无机导热填料是由粒径为30-50nm的原生粒子通过已有方法熔结成为100-300nm的亚微米粒子。对于导热填料，颗粒粒径对复合材料性能有很大影响，粒径过细时动态生热较大，粒径过粗时对复合材料力学性能的损害大。图1上半部分为纳米填料粒子及亚微米填料粒子示意图，左边是纳米填料粒子的示意图，纳米粒子表面光滑，杂乱无章的分布在橡胶基体中，与橡胶分子链缠绕不紧密；右边是分别由原生粒子熔结成的亚微米粒子的示意图，这类粒子表面粗糙不光滑；下半部分为亚微米填料粒子与橡胶分子链缠结示意图，亚微米填料粒子因表面粗糙，与橡胶分子链容易发生勾连，缠结紧密。亚微米级无机导热填料是一种高导热、低生热且具有一定补强作用的填料。