[发明专利]一种改性丁苯橡胶复合材料及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种改性丁苯橡胶复合材料及其制备工艺，本发明之改性丁苯橡胶复合材料，由以下重量份数的原料制成：丁苯橡胶100份，硫酸钙晶须8～12份，氧化石墨烯5～10份，石墨烯1～2份，炉法炭黑10～15份，硫磺0.5～1.5份，促进剂NS 0.5～1份，氧化锌2～3份，硬脂酸1～5份，钛酸酯偶联剂1～5份。本发明还包括所述改性丁苯橡胶复合材料的制备工艺。本发明之改性丁苯橡胶复合材料，强度高，韧性好，性能稳定，可广泛用于轮胎、胶管和胶鞋等产品的制作。

技术领域

本发明涉及改性丁苯橡胶复合材料及其制备工艺，尤其是涉及一种改性丁苯橡胶(SBR)复合材料及其制备工艺。

背景技术

丁苯橡胶(SBR)是丁二烯和苯乙烯的共聚物，因是通用胶，且价格便宜，70％用于轮胎行业，在管、带和鞋等领域也有大量应用。但是，其强度较低，韧性较差，性能欠稳定，限制了其进一步的推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有丁苯橡胶存在的不足，提供一种强度高，韧性好，性能稳定的改性丁苯橡胶复合材料及其制备工艺。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

本发明之改性丁苯橡胶复合材料由以下重量份数的原料制成：丁苯橡胶100份，硫酸钙晶须5～6份，氧化石墨烯5～10份，石墨烯1～2份，炉法炭黑10～15份，硫磺0.5～1.5份，促进剂NS 0.5～1份，氧化锌2～3份，硬脂酸1～5份，钛酸酯偶联剂1～5份。

优选的重量配比为：丁苯橡胶100份，硫酸钙晶须5份，氧化石墨烯8份，石墨烯1份，炉法炭黑12份，硫磺1份，促进剂NS 0.8份，氧化锌3份，硬脂酸2份，钛酸酯偶联剂2份。

本发明之改性丁苯橡胶复合材料的制备工艺，包括如下步骤：

(1)将硫酸钙晶须加入到高速混合机中，在85-90℃(优选88℃)下加入钛酸酯偶联剂，混合3～5min，得到改性硫酸钙晶须；

改性后的硫酸钙晶须长径比15～20，平均直径0.5～1μm；

(2)将丁苯橡胶、氧化石墨烯、石墨烯、改性硫酸钙晶须和炉法炭黑在开炼机上混炼5～7min；

(3)加入硫磺、促进剂NS、硬脂酸和氧化锌，混炼3～6min，制成片；辊间距0.5mm～2mm，辊温90℃～110℃。

硫酸钙晶须，又称石膏晶须，是一种硫酸钙的纤维状单晶体。研究表明，本发明使用之改性硫酸钙晶须具有均匀的横截面，完整的内部结构，这一特征赋予其接近晶体理论值-原子间价键的强度。由于其具有极高的强度，细微的尺寸，易与丁苯橡胶界面粘合，提高与基体的相容性和界面黏结力，当受外力强迫取向时，丁苯橡胶中的残余应力能很好地传递给硫酸钙晶须，从而提高橡胶的强度，同时改善橡胶的韧性。由于硫酸钙晶须为无机物，在丁苯橡胶基质中分散均匀，不易团聚，使复合材料性能稳定。

石墨烯(Graphene)是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。现有技术中关于石墨烯的研究较多，但未见有采用石墨烯对硫酸钙晶须进行改性的报道。

石墨烯是已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。本发明先采用氧化石墨烯对硫酸钙晶须进行改性，再采用石墨烯、硫酸钙晶须共同活化作用而得到聚碳酸酯改性化合物，其力学性能异常优异。