[发明专利]复合碳材料及其制备方法、橡胶复合材料和轮胎

说明书

本发明提供了一种复合碳材料及其制备方法、橡胶复合材料和轮胎，涉及碳材料技术领域。该复合碳材料的制备方法，通过将特定组成的乳化液经喷雾处理后所形成的雾化液滴与以烟气形式存在的一次结构改性炭黑反应，并利用补强填料与一次结构改性炭黑的表面特性，使补强填料与一次结构改性炭黑反应并链接形成一体，从而得到复合碳材料，该制备方法操作简单、方便，适合于工业化规模生产，所制得的复合碳材料具有良好的低滞后性能。本发明还提供了一种复合碳材料，采用上述复合碳材料的制备方法制得，该复合碳材料可以满足低滞后的性能要求，大规模轮胎混炼的要求，以及可以填充到不同种类的橡胶中，并不局限于特定的橡胶胶乳，应用范围较为广泛。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其是涉及一种复合碳材料及其制备方法、橡胶复合材料和轮胎。

背景技术

近十几年来，从欧盟推出轮胎标签开始，国内轮胎行业为了应对行业的发展，大力发展绿色轮胎。绿色轮胎的总体要求是节能、安全、耐用，具体体现在行驶性能上则是低滚动阻力、高抗湿滑性和高耐磨性。这三大性能相互影响，相互制约，形象地被人们称为“魔鬼三角”性能。为响应绿色轮胎的倡导并适应行业竞争，轮胎的上游填料企业也努力推出低滞后的填料。

目前从整个行业来看，单纯的低滞后炭黑耐磨性达不到要求，无法打破橡胶行业“魔鬼三角”的束缚。白炭黑填料、碳纳米管等填料可作为绿色填料，但是将其大量填充胎面的混炼工业还无法大规模应用。即使是目前流行的高分散白炭黑也同样存在分散与加工的问题。这主要由于炭黑、白炭黑、碳纳米管等填料尺寸多为纳米级，其自身团聚现象非常严重，直接将其混合加入到橡胶基体中很难实现均匀分散。填料分散不均匀将直接影响橡胶的补强效果，同时也不利于降低橡胶的滞后性能。虽然现有技术中也有提出采用一定处理方法将不同种类的填料进行预混，然后再加入至橡胶基体中，但是填料预混时的处理量较小，仅适用于实验室制备，无法实现大规模处理，且预混后的填料在橡胶基体中的分散效果以及对降低橡胶的低滞后性能还有待进一步提升。

有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种复合碳材料的制备方法，该制备方法操作简单、方便，适合于工业化规模生产，所制得的复合碳材料在橡胶中具有良好的分散性能以及低滞后性。

本发明的第二目的在于提供一种复合碳材料，采用上述复合碳材料的制备方法制得。

本发明的第三目的在于提供一种橡胶复合材料，包含上述复合碳材料。

本发明的第四目的在于提供一种轮胎，包含上述复合碳材料或复合碳材料。

本发明提供的复合碳材料的制备方法，包括以下步骤：

(a)提供补强填料、分散剂和水形成的乳化液，所述补强填料包括白炭黑；

(b)将原料油和活性剂混合，使得到的改性原料油进行裂解，将得到的裂解产物冷却，得到以烟气形式存在的一次结构改性炭黑；

(c)将乳化液进行喷雾处理，将得到的以雾化液滴形式存在的乳化液与以烟气形式存在的一次结构改性炭黑混合，得到复合碳材料。

进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，所述原料油包括煤焦油、蒽油或者乙烯焦油中的任意一种或者至少两种的组合；

优选地，步骤(b)中，所述活性剂包括烷基酚聚氧乙烯醚、萘酚聚氧乙烯醚、双十二烷基二甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基氨基丙酸钠、甲酸钾、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇对异辛基苯基醚或月桂酰基谷氨酸钠中的任意一种或至少两种的组合。

进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，步骤(b)中，所述原料油与活性剂的质量比为100:(0.5-10)；

优选地，步骤(b)中，裂解的温度为1200-2100℃，裂解的时间为10-90ms；