碳和弹性体整合制造技术

公开了化合物，其包含弹性体材料、填充材料、至少一种添加剂材料和至少一种促进剂材料。在各种实施方案中，所述填充材料包括石墨烯基碳材料。在各种实施方案中，所述石墨烯基碳材料包括包含多达15层的石墨烯，具有1至50微米的中值粒径的碳聚集体，当以氮作为吸附物通过Brunauer‑Emmett‑Teller(BET)方法测量时至少50m

Carbon and elastomer integration

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳和弹性体整合相关申请本申请要求2018年3月12日提交的题为“CarbonandElastomerIntegration”的美国非临时专利申请号15/918,422的优先权；其要求以下权益：1)2017年3月16日提交的题为“CarbonandElastomerIntegration”的美国临时专利申请号62/472,058；2)2017年11月3日提交的题为“CarbonandElastomerIntegration”的美国临时专利申请号62/581,533；以及3)2018年2月13日提交的题为“CarbonandElastomerIntegration”的美国临时专利申请号62/630,179；出于所有目的，所有这些申请都特此通过引用并入。
技术介绍
橡胶产品、轮胎和密封件通过将填料(诸如炭黑和二氧化硅)配混或混合到橡胶中，然后将其硫化而制成。橡胶产品通常含有20-30重量％的炭黑作为增强填料，其中炭黑的百分比和类型、所用橡胶的类型(例如，天然的、合成的)以及额外的添加剂材料和化学品是多种多样的以定制成品的特性。对于车辆轮胎，通过嵌入帘线并在胎面、侧壁和内衬中使用不同类型的弹性体化合物来引入额外的结构特性。炭黑-在工业中也称为例如乙炔黑和炉黑-是一种无定形碳，并通过燃烧石油生产。诸如轮胎制造商的制造商通常从不同来源接收其原材料(例如，橡胶、炭黑等)。炭黑是一种轻质且难以处理的材料，其驱使轮胎工业以要求将碳致密化，即粒化，以便可以更容易地处理。当加入弹性体化合物时，粒化还有利于炭黑的混合。为了使碳粒化，通常需要添加剂，所述添加剂会污染碳。
技术实现思路
在一些实施方案中，化合物包含弹性体材料、填充材料、至少一种添加剂材料和至少一种促进剂材料。填充材料包括石墨烯基碳材料。石墨烯基碳材料包括包含多达15层的石墨烯，具有1至50微米的中值粒径的碳聚集体，当以氮作为吸附物通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测量时至少50m2/g的碳聚集体表面积，并且没有晶种颗粒。在一些实施方案中，石墨烯基碳材料是纳米混合的石墨烯基碳材料。在一些实施方案中，石墨烯基碳材料是官能化的石墨烯基碳材料。在一些实施方案中，如通过ASTMD5992-96(2011)测量，化合物在-20℃下的G'储能模量小于9MPa；如通过ASTMD5992-96(2011)测量，化合物在-10℃下的tanδ大于0.8；如通过ASTMD5992-96(2011)测量，化合物在0℃下的tanδ大于0.5；如通过ASTMD5992-96(2011)测量，化合物在30℃下的tanδ小于0.25；如通过ASTMD5992-96(2011)测量，化合物在30℃下的G'储能模量大于1.5MPa；如通过ASTMD5992-96(2011)测量，在30℃下的J”损耗柔量大于9E-81/Pa；如通过ASTMD5992-96(2011)测量，化合物在60℃下的tanδ小于0.15；并且/或者如通过ASTMD5992-96(2011)测量，化合物在60℃下的G'储能模量大于1.5MPa。在一些实施方案中，一种生产弹性体化合物的方法包括提供反应器，将烃工艺气体提供到反应器中，在反应器中进行烃工艺气体的烃裂化以产生石墨烯基碳材料，以及将弹性体材料与至少一种填充材料、至少一种添加剂材料和至少一种促进剂材料混合。填充材料包括石墨烯基碳材料。石墨烯基碳材料包括具有多达15层的石墨烯，具有1至50微米的中值粒径的碳聚集体，当以氮作为吸附物通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测量时至少50m2/g的碳聚集体表面积，并且没有晶种颗粒。在所述方法的一些实施方案中，反应器是热反应器或微波反应器。在一些实施方案中，石墨烯基碳材料是官能化的石墨烯基碳材料或纳米混合的石墨烯基碳材料，并且反应器中的烃裂化还包括将第二材料提供到反应器中。在上述方法的一些实施方案中，烃裂化工艺和将弹性体材料与至少一种填充材料、至少一种添加剂材料和至少一种促进剂混合的工艺在同一位置进行。附图说明图1A示出了常规碳材料生产链的简化示意图。图1B示出了根据一些实施方案的碳材料生产链的示例性简化示意图。图2示出了来自现有技术的一些炭黑材料的ASTM分类。图3示出了根据一些实施方案的子午线轮胎结构的横截面，其中带圆圈的部件指示可以使用本专利技术的石墨烯基碳整合材料的区域。图4示出了根据一些实施方案，与传统炭黑材料相比，石墨烯基碳材料的分析测试结果。图5示出了根据一些实施方案，与一系列常规炭黑材料相比，石墨烯基碳材料的油吸附值相对于碘吸附值的图。图6示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的配方表。图7和图8示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的物理特性。图9示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的配方表。图10示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，在含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物混合期间测量的一些关键参数的表。图11示出根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的物理特性的表。图12示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的热老化后的物理特性的表。图13示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的动态粘弹性特性的表。图14示出了根据一些实施方案，归一化到含有常规炭黑材料的弹性体化合物的含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的动态粘弹性特性的表。图15示出了根据一些实施方案，归一化到含有常规炭黑材料的弹性体化合物的含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的动态粘弹性特性的雷达图。图16示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的配方表。图17示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的混合参数和混合的观察结果的表。图18示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，在含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物混合期间测量的一些关键参数的表。图19示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的物理特性的表。图20示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的配方表。图21示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的混合参数和混合的观察结果的表。图22示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，在含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物混合期间测量的一些关键参数的表。图23示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的混合期间的扭矩图。图24示出了根据一些实施方案，与含有常规炭黑材料的弹性体化合物相比，含有石墨烯基碳材料的弹性体化合物的物理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化合物，其包含：弹性体材料；填充材料；至少一种添加剂材料；和至少一种促进剂材料，其中所述填充材料包括石墨烯基碳材料，其中所述石墨烯基碳材料包括：包含多达15层的石墨烯；具有1至50微米的中值粒径的碳聚集体；当以氮作为吸附物通过Brunauer‑Emmett‑Teller(BET)方法测量时，至少50m

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.16 US 62/472,058;2017.11.03 US 62/581,533;1.一种化合物，其包含：弹性体材料；填充材料；至少一种添加剂材料；和至少一种促进剂材料，其中所述填充材料包括石墨烯基碳材料，其中所述石墨烯基碳材料包括：包含多达15层的石墨烯；具有1至50微米的中值粒径的碳聚集体；当以氮作为吸附物通过Brunauer-Emmett-Teller(BET)方法测量时，至少50m2/g的所述碳聚集体的表面积；以及没有晶种颗粒。2.如权利要求1所述的化合物，其中所述石墨烯基碳材料包含大于99％的碳与除氢之外的其他元素的百分比。3.如权利要求1所述的化合物，其中所述石墨烯基碳材料在压缩时具有大于500S/m的电导率。4.如权利要求1所述的化合物，其中所述石墨烯基碳材料还包含除所述石墨烯之外的至少一种碳同素异形体，并且所述石墨烯与所述除石墨烯之外的碳同素异形体的比率为1:100至10:1。5.如权利要求4所述的化合物，其中所述除石墨烯之外的碳同素异形体包括多壁球形富勒烯。6.如权利要求1所述的化合物，其中所述填充材料还包括二氧化硅，并且所述二氧化硅与所述石墨烯基碳材料的比率为10:1至1:1。7.如权利要求1所述的化合物，其中所述弹性体材料选自由天然橡胶和合成橡胶组成的组。8.如权利要求1所述的化合物，其中所述添加剂材料包括选自由以下组成的组的材料：硅烷偶联剂、油、氧化锌材料、硬脂酸材料、蜡材料、增塑剂、抗臭氧剂、抗氧化剂、粘度调节剂和硫交联剂。9.如权利要求1所述的化合物，其中所述促进剂材料包括N-叔丁基-2-苯并噻唑基磺酰胺。10.如权利要求1所述的化合物，其中所述促进剂材料包括N-叔丁基-2-苯并噻唑基磺酰胺和二苯胍，其中N-叔丁基-2-苯并噻唑基磺酰胺的浓度高于二苯胍的浓度。11.如权利要求1所述的化合物，其中所述石墨烯基碳材料是纳米混合的石墨烯基碳材料。12.如权利要求11所述的化合物，其中所述纳米混合的石墨烯基碳材料包括选自由二氧化硅、氧化锌和二氧化钛组成的组的物质。13.如权利要求1所述的化合物，其中所述石墨烯基碳材料是官能化的石墨烯基碳材料。14.如权利要求13所述的化合物，其中所述官能化的石墨烯基碳材料包含选自由以下组成的组的物质：H、O、S、N、Si、芳烃、Sr、F、I、Na、K、Mg、Ca、Cl、Br、Mn、Cr、Zn、B、Ga、Rb和Cs。15.如权利要求1所述的化合物，其中所述化合物的菲利普斯分散评级为6至10。16.如权利要求1所述的化合物，其中通过ASTMD5992-96(2011)测量的所述化合物在-20℃下的G'储能模量为5MPa至12MPa。17.如权利要求1所述的化合物，其中通过ASTMD5992-96(2011)测量的所述化合物在-10℃下的tanδ为0.35至1.0。18.如权利要求1所述的化合物，其中通过ASTMD5992-96(2011)测量的所述化合物在0℃下的tanδ为0.3至0.6。19.如权利要求1所述的化合物，其中通过ASTMD5992-96(2011)测量的所述化合物在30℃下的tanδ为0.1至0.3。20.如权利要求1所述的化合物，其中通过ASTMD5992-96(2011)测量的所述化合物在30℃下的G'储能模量为1MPa至6MPa。21.如权利要求1所述的化合物，其中通过ASTMD5992-96(2011)测量的在30℃下的J”损耗柔量为4E-81/Pa至1E-71/Pa。22.如权利要求1所述的化合物，其中通过ASTMD5992-96(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：BH安泽尔莫，D库克，
申请(专利权)人：利腾股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US