弹性复合体制造技术

一种弹性复合体，包括以下组分：溶液聚合合成橡胶和填料，所述填料为改性白炭黑或炭黑；橡胶与填料的比例为100:30～110；填料聚集体粒径为100nm-10μm；包括如下步骤：(1)在非极性有机溶剂中，制作改性白炭黑研磨浆液或炭黑研磨浆液，将改性白炭黑研磨浆液或炭黑研磨浆液记作填料浆液，改性白炭黑或炭黑记作填料；(2)上述填料浆液或填料与橡胶胶液按比例在高能剪切下进行分散混合，形成复合体浆胶液；(3)将上述分散混合均匀的复合体浆胶液在动态下干法脱除溶剂；(4)将上述脱除溶剂的复合体进行剪切捏炼干燥，得到产品。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种弹性复合体，特别是一种用于高性能轮胎的弹性复合材料。
技术介绍
近半个世纪以来，溶液聚合合成橡胶已发展成轮胎不可取代的重要原材料。特别是溶聚丁苯橡胶，以其不断变化的新结构提供了轮胎需要的各种粘弹性能，并使白炭黑成为补强橡胶的重要补强填料。用白炭黑和溶聚橡胶制作的轮胎比用炭黑和乳聚橡胶制作的轮胎具有更低的滚动阻力和更高的抗湿滑性能。因此，溶液聚合合成橡胶和白炭黑，已成为高性能轮胎的重要基础材料。轮胎在湿路上的刹车性能，一方面来自于轮胎对湿路面的抓着力，另一方面来自于轮胎对动能的吸收。轮胎胎面胶的主要组分是橡胶和填料，其中白炭黑是亲水性的，可以穿透存在于胎面与路面间的水膜，利于轮胎抓住路面；而橡胶分子具有的粘弹性能，可以在一定条件下将轮胎的动能吸收转化。然而，众所周知，使用相同原材料制作的轮胎，其对水膜的穿透性和具有的粘弹性，不一定相同。实际上，差别可以很大，这主要与白炭黑在橡胶中的分散和与橡胶分子的相互作用密切相关。轮胎的滚动阻力是指行驶中轮胎消耗的部分动能。研究已证明，能耗中的绝大部分，用于破坏轮胎胎面胶中存在的网络结构。在轮胎的制作过程中，补强填料(炭黑或白炭黑)在橡胶中形成网络，在轮胎行驶的周期性形变过程中，填料网络随形变受到往复式破坏，使动能消耗于材料内，材料内的网络越多，对动能的能耗就越大，也就是动能转化为无用功的比例越高。使用相同原材料制作的轮胎，滚动阻力可以相差很大，这完全取决于材料中存在的填料网络结构的多少，而决定形成填料网络多少的重要因素是补强填料在橡胶中的分散和其与橡胶的相互作用。轮胎的磨耗机理比前两者复杂，但有一点是清晰的，即，磨耗性能与填料的形态和其在橡胶中的分散及相互作用密切相连。这三个机理的一个共同点，就是都涉及到补强填料的分散和其与橡胶的相互作用。因此，提高轮胎三大性能的攻关也便围绕着如何提高补强填料，特别是白炭黑，在橡胶中的分散和与橡胶的相互作用而展开。白炭黑领域，为提高其分散性能，已采取消减其表面羟基数量，降低基础粒子间的内聚力，使在橡胶混炼时易于分散；也有在白炭黑表面接枝偶联剂，增加其与橡胶的相互作用。炭黑领域，为增加填料的亲水性，在炭黑表面“镶嵌”或“包覆”白炭黑，但随之而来的是填料在橡胶中的分散性下降；为提高炭黑与橡胶之间的相互作用，有在炭黑表面接枝化合物，使其与橡胶之间产生类似白炭黑使用偶联剂时发生的化学键合。橡胶领域，为提高与填料之间的相互作用，促进填料分散，在橡胶分子链上接枝极性官能团。但橡胶的粘弹性能也会随之发生改变。不管橡胶和填料如何相互为彼此改造，将它们制作成复合材料，现在都是在轮胎厂的工艺生产线上完成，主要是在混炼车间完成，设备是数十年、上百年不变的开炼机和密炼机。在制作过程中，转子通过橡胶，将剪切力作用在填料颗粒上，将填料混入橡胶，在橡胶中将填料碾碎、分散均匀。这里有一个从开始就知道但无法改变的难题，就是橡胶不是剪切力的“良性”传递者。不说它本身在剪切力下会发生机械断链和氧化，它的粘度随温度升高而下降，就足以削弱它对剪切力的传递性。因此，白炭黑和炭黑在橡胶中的分散，变成了衡量轮胎公司工艺技术能力的一个重要指标。各公司为此付出了不懈的努力，但因工艺没有根本性的改变，材料的性能也不会有突破性的提高。对混炼工艺进行革命性的改变，是上个世纪橡胶制品领域一直不断追求的事业。液相混炼早在上个世纪初就已提出，很多研究机构为之投资探索，但是，工业化并不像想象的那么容易，形成有经济价值的生产工艺，到目前为止，只有水相混合工艺(US19970823411、CN97195156、CN98811684、CN00808002、CN02825969)。它是一个革命性的改革，用一种与传统工艺不同的方法，将传统工艺追求不到的性能变为真实。但是，它使用的胶液是天然胶乳，填料是炭黑，在水中制成浆液。而大多数合成橡胶，特别是应对轮胎标签法的SSBR和NdBR，是在有机溶剂中合成，是有机相胶乳，填料以白炭黑为主。在这种以有机溶剂和白炭黑为特点的体系中，实现液相分散混合，制作复合体，将具有更多、更大的挑战。近几十年来，许多公司将此项开发作为研究课题。U.S.Pat.No.3055956和U.S.Pat.No.3767605将炭黑浆料直接混合到聚合物胶乳中，混合后絮凝、干燥，制得炭黑/橡胶混炼胶。这里橡胶是乳液聚合橡胶，其胶液是水相，橡胶聚合时使用大量乳化液，不利于白炭黑与橡胶分子的相互作用。CN201310027024.1、CN201310037190.X、CN201310095415.7和CN201310027002.5将未经研磨改性的填料直接加入到溶聚橡胶胶液中，通过搅拌形成混合物；对此混合物进行细化分散和精分散，以提高填料在橡胶溶液中的分散程度；再将精分散后的混合物通过或絮凝法、或加热法、或退溶剂法，脱除溶剂；并对脱溶剂后的混合物进行干燥，得到橡胶/填料母炼胶。这里，白炭黑的改性不是在与橡胶胶液混合之前，在脱除溶剂时，或者使用了水，或者没有在动态剪切条件下进行。CN200810056820.7报道了湿法工艺制备白炭黑/溶聚丁苯混炼胶。其使用氨基类硅烷偶联剂在极性溶剂中(乙醇)对未研磨的白炭黑进行表面改性；然后将该改性后的白炭黑与环己烷配制成浆液，与溶聚丁苯胶液混合；最后脱除溶剂，得到白炭黑/溶聚丁苯混炼胶。US7790798报道了一种湿法工艺制备混炼胶。其将未改性的白炭黑与非极性溶剂混合，然后研磨制浆，白炭黑的粒径在研磨后达到6-20微米；再将填料浆与橡胶胶液在非高剪切条件下共混；最后通过滚筒干燥移除溶剂，得到混炼胶。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能弹性复合体，特别是一种用于轮胎胎面橡胶/填料复合体。该复合体采用液相分散混合工艺制备，填料经过研磨改性，聚集体粒径可达到纳米级，填料在橡胶中分散均匀，与橡胶分子形成很好的相互作用。采用这种弹性复合体制备的硫化胶与用传统混炼工艺制备的硫化胶相比，动态力学性能显著提高，强伸性能好，硬度低。本专利技术提供一种弹性复合体，包括以下组分：溶液聚合合成橡胶和填料，所述填料为改性白炭黑或炭黑；橡胶与填料的比例为100:30～110；填料聚集体粒径为100nm-10μm。所述的改性白炭黑采用专利申请号201410724713.2中所公开的改性白炭黑。本专利技术所述的弹性复合体，其中，橡胶与填料的比例优选为100:40-80。本专利技术所述的弹性复合体，其中，改性白炭黑聚集体粒径优选为100nm-5μm。本专利技术所述的弹性复合体，其中，炭黑聚集体粒径优选为1μm-8μm。本专利技术所述的弹性复合体，其中，溶液聚合合成橡胶优选为溶聚丁苯胶、稀土顺丁胶、顺丁胶、稀土异戊橡胶或异戊橡胶。本专利技术同时提供一种弹性复合体的制备方法，包括如下步骤：(1)在非极性有机溶剂中，制作改性白炭黑研磨浆液或炭黑研磨浆液，将改性白炭黑研磨浆液或炭黑研磨浆液记作填料浆液，改性白炭黑或炭黑记作填料；(2)上述填料浆液或填料与橡胶胶液按比例在高能剪切下进行分散混合，形成复合体浆胶液；(3)将上述分散混合均匀的复合体浆胶液在动态下干法脱除溶剂；(4)将上述脱除溶剂的复合体进行剪切捏炼干燥，得到产品；其中，步骤(1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性复合体，包括以下组分：溶液聚合合成橡胶和填料，所述填料为改性白炭黑或炭黑；橡胶与填料的比例为100:30～110；填料聚集体粒径为100nm‑10μm；所述弹性复合体制备过程包括如下步骤：(1)在非极性有机溶剂中，制作改性白炭黑研磨浆液或炭黑研磨浆液，将改性白炭黑研磨浆液或炭黑研磨浆液记作填料浆液，改性白炭黑或炭黑记作填料；(2)上述填料浆液或填料与橡胶胶液按比例在高能剪切下进行分散混合，形成复合体浆胶液；(3)将上述分散混合均匀的复合体浆胶液在动态下干法脱除溶剂；(4)将上述脱除溶剂的复合体进行剪切捏炼干燥，得到产品；其中，步骤(1)中所述非极性有机溶剂、步骤(2)中橡胶胶液所用溶剂是脂肪烃类、脂环烃类或芳香烃类非极性有机溶剂。

【技术特征摘要】
1.一种弹性复合体，包括以下组分：溶液聚合合成橡胶和填料，所述填料为改性白炭黑或炭黑；橡胶与填料的比例为100:30～110；填料聚集体粒径为100nm-10μm；所述弹性复合体制备过程包括如下步骤：(1)在非极性有机溶剂中，制作改性白炭黑研磨浆液或炭黑研磨浆液，将改性白炭黑研磨浆液或炭黑研磨浆液记作填料浆液，改性白炭黑或炭黑记作填料；(2)上述填料浆液或填料与橡胶胶液按比例在高能剪切下进行分散混合，形成复合体浆胶液；(3)将上述分散混合均匀的复合体浆胶液在动态下干法脱除溶剂；(4)将上述脱除溶剂的复合体进行剪切捏炼干燥，得到产品；其中，步骤(1)中所述非极性有机溶剂、步骤(2)中橡胶胶液所用溶剂是脂肪烃类、脂环烃类或芳香烃类非极性有机溶剂。2.根据权利要求1所述的弹性复合体，其特征在于：所述橡胶与填料的比例为100:40-80。3.根据权利要求1所述的弹性复合体，其特征在于：所述改性白炭黑聚集体粒径为100nm-5μm。4.根据权利要求1所述的弹性复合体，其特征在于：所述炭黑聚集体粒径为1μm-10μm。5.根据权利要求1所述的弹性复合体...

【专利技术属性】
技术研发人员：王婷，李洪波，张丽洋，徐春燕，华伦松，杨丽芳，周豪，王宇杰，周雷，杜斌，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11