本發(fā)明涉及橡膠輪胎技術領域，特別涉及一種高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料及其制備方法。
背景技術：
近年來，隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，高性能輪胎必將成為輪胎行業(yè)發(fā)展的趨勢，高性能輪胎不僅要具有優(yōu)異的耐磨性，而且要擁有優(yōu)異的抗?jié)窕阅堋⒌偷臐L動阻力、低的疲勞溫升、較好的導熱能力以及優(yōu)異的抗靜電性，為了同時滿足以上性能，現(xiàn)在通常的做法是通過兩種及兩種以上的聚合物與功能性填料共混使用。
中國發(fā)明專利CN200910160511.9報道日本住友輪胎公司(SUMTTOMO)使用順丁橡膠和環(huán)氧化天然橡膠制作輪胎,復合材料的濕抓著力、耐磨性能提高。然而橡膠體系和白炭黑都不能有效抗靜電，因此該專利中輪胎的抗靜電性能沒有涉及。
中國發(fā)明專利CN105082387A介紹了一種石墨烯導靜電輪胎制備方法，在通用輪胎配方中加入一定分數(shù)的石墨烯提高輪胎的導靜電性能，然而輪胎的抗?jié)窕院蜐L動阻力的問題沒有得到有效解決。
中國發(fā)明專利CN102911411A介紹了一種抗靜電低滾動阻力輪胎胎面膠及其制備方法，該方法以溶聚丁苯膠和順丁橡膠為母體，加入石墨烯提高復合材料抗靜電性，然而其疲勞溫升性能卻沒有涉及。
國內外研究發(fā)現(xiàn)以溶聚丁苯橡膠與順丁橡膠并用，以白炭黑為主要填料添加硅烷偶聯(lián)劑可以有效提高輪胎胎面的抗?jié)窕?，降低滾動阻力然而其抗靜電性能較差；石墨烯材料具有優(yōu)異的導電性能和導熱性能，然而其對胎面膠材料的抗?jié)窕阅茇暙I有限。
本發(fā)明中我們發(fā)現(xiàn)，使用環(huán)氧度為0～50％環(huán)氧化天然橡膠取代部分溶聚丁苯橡膠和順丁橡膠，同時加入少量的石墨烯材料，不僅可以進一步解決胎面膠滾動阻力與抗?jié)窕缘拿?，而且可以提高白炭黑在膠料中的分散，提高輪胎的耐磨性，降低復合材料的疲勞溫升，提升輪胎的導熱系數(shù)。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料及其制備方法。本發(fā)明通過加入環(huán)氧化天然橡膠改善了白炭黑膠料中的分散，提高了材料的抗?jié)窕?、降低滾動阻力、及耐磨性；加入石墨烯材料解決了胎面膠導靜電和導熱的問題。本發(fā)明制備的復合材料滾動阻力60℃Tanδ≦0.11，抗?jié)窕阅?℃Tanδ≧0.36，疲勞溫升降低5℃左右，體積電阻≦2.7×1010Ω·cm，表面電阻≦5.2×108Ω，導熱系數(shù)≧0.35W/m·k。
為解決上述技術問題，本發(fā)明所采取的技術方案如下。
一種高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料，該輪胎胎面膠材料由以下組分按照以下重量份數(shù)制備而成：
溶聚丁苯橡膠90～110份，順丁橡膠10～20份；環(huán)氧化天然橡膠0～50份，石墨烯1～10份，白炭黑50～80份，硅烷偶聯(lián)劑4～6份，炭黑10～20份，環(huán)保橡膠油0～6份，氧化鋅4～6份，硬脂酸2～3份，防老劑2～3份，促進劑1～8份，硫磺1～2份。
優(yōu)選的，所述的溶聚丁苯橡膠的充油質量分數(shù)為20～50％，進一步優(yōu)選為37.5％。
優(yōu)選的，所述的環(huán)氧化天然橡膠為環(huán)氧度為0～50％的環(huán)氧化天然橡膠中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述石墨烯的層數(shù)為單層，少層或多層中的一種或多種。進一步優(yōu)選石墨烯的層數(shù)為1～30層。
優(yōu)選的，所述白炭黑的粒徑為10～50nm，且二氧化硅含量為98％以上。
優(yōu)選的，所述的炭黑為超耐磨炭黑、中超耐磨炭黑和高耐磨炭黑中的一種或多種。
優(yōu)選的，所述輪胎胎面膠材料的原料中須同時存在溶聚丁苯橡膠、順丁橡膠、環(huán)氧化天然橡膠、白炭黑和石墨烯。
優(yōu)選的，所述的石墨烯與膠料的混煉方法為干混或濕混；所述膠料為溶聚丁苯橡膠、順丁橡膠和環(huán)氧化天然橡膠。
以上所述的一種高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料的制備方法，包括如下步驟：
A、一段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比為1:1.3～1:1.6，然后在開煉機上將溶聚丁苯橡膠、順丁橡膠、環(huán)氧化天然橡膠和石墨烯混煉均勻；
B、二段混煉：密煉機轉子轉速為20～50rpm，壓桿壓力為0.5～1MP，將一段混煉好的膠料投入密煉機中，混煉30～80秒，將氧化鋅、硬脂酸、防老劑投入密煉室混煉30～80秒，將白炭黑，硅烷偶聯(lián)劑投入密煉室混煉60～200秒，繼續(xù)將炭黑投入密煉室混煉60～100秒，將環(huán)保橡膠油投入密煉室混煉60～240秒，排膠；
C、三段混煉：將密煉機溫度調至120～140℃，密煉機轉子轉速調至30～50rpm，將二段混煉膠投入密煉室中，熱處理100～900秒，膠料溫度達到130～170℃時排膠，在空氣中冷卻至室溫；
D、四段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比1:1.3～1:1.6，將三段混煉膠在開煉機中薄通3～8次，加入促進劑和硫磺，薄通6～8次出片，得到終煉膠，即一種高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料。
優(yōu)選的，所述密煉機為嚙合型密煉機。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點與技術效果：
本發(fā)明的輪胎胎面膠材料，可以同時有效提高輪胎的抗?jié)窕?，降低輪胎的滾動阻力，降低疲勞溫升，更重要的是通過環(huán)氧化天然橡膠及石墨烯材料有效改善白炭黑在橡膠中的分散性，提高輪胎的耐磨性及導熱性能。
具體實施方式
以下結合實施例對本發(fā)明的具體實施作進一步的具體說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
以下的1質量份均為1g。
對比例：抗?jié)窕喬ヌッ婺z材料，配合比例見表1。
表1
抗?jié)窕喬ヌッ婺z材料的混煉工藝：
A、一段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比為1:1.45，然后在開煉機上將溶聚丁苯橡膠(充油質量分數(shù)37.5％)、順丁橡膠混煉均勻。
B、二段混煉：密煉機轉子轉速30rpm，壓桿壓力0.7MP，將一段混煉好的膠料投入密煉機中，混煉30秒，將氧化鋅、硬脂酸、防老劑4020投入密煉室混煉60秒，將白炭黑(粒徑為25nm)，硅烷偶聯(lián)劑Si69投入密煉室混煉120秒，繼續(xù)將超耐磨炭黑投入密煉室混煉120秒，排膠。
C、三段混煉：將密煉機的溫度調至120℃，將二段混煉膠投入密煉室混煉360秒，膠料溫度達到150℃時排膠，在空氣中冷卻至室溫。
D、四段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比1:1.45，將三段混煉膠在開煉機中薄通6次，加入促進劑NS、促進劑D、促進劑TT和硫磺，薄通8次出片，得到終煉膠，即抗?jié)窕喬ヌッ婺z材料。
實施例1：高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料，配合比例見表2。
表2
高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料的混煉工藝：
A、一段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比1:1.45，然后在開煉機上將溶聚丁苯橡膠(充油質量分數(shù)37.5％)、順丁橡膠、環(huán)氧化天然橡膠(環(huán)氧度為25％)和石墨烯混煉均勻。
B、二段混煉：密煉機轉子轉速30rpm，壓桿壓力0.7MP，將一段混煉好的膠料投入密煉機中，混煉30秒，將氧化鋅、硬脂酸、防老劑4020投入密煉室混煉60秒，將白炭黑(粒徑為25nm)，硅烷偶聯(lián)劑Si69投入密煉室混煉120秒，繼續(xù)將超耐磨炭黑投入密煉室混煉60秒，將環(huán)保橡膠油NYTEX4700投入密煉室混煉120秒，排膠。
C、三段混煉：將密煉機溫度調至120℃，密煉機轉子轉速調至30rpm，將二段混煉膠投入密煉室混煉360秒，膠料溫度達到150℃時排膠，在空氣中冷卻至室溫。
D、四段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比1:1.45，將三段混煉膠在開煉機中薄通6次，加入促進劑NS、促進劑D、促進劑TT和硫磺，薄通8次出片，得到終煉膠，即高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料。
實施例2：高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料，配合比例見表3。
表3
高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料的混煉工藝：
A、一段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比1:1.45，然后在開煉機上將溶聚丁苯橡膠(充油質量分數(shù)37.5％)、順丁橡膠、環(huán)氧化天然橡膠(環(huán)氧度為40％)和石墨烯混煉均勻。
B、二段混煉：密煉機轉子轉速30rpm，壓桿壓力0.7MP，將一段混煉好的膠料投入密煉機中，混煉30秒，將氧化鋅、硬脂酸、防老劑4020投入密煉室混煉60秒，將白炭黑(粒徑為25nm)，硅烷偶聯(lián)劑Si69投入密煉室混煉120秒，繼續(xù)將超耐磨炭黑投入密煉室混煉60秒，將環(huán)保橡膠油NYTEX4700投入密煉室混煉120秒，排膠。
C、三段混煉：將密煉機溫度調至120℃，密煉機轉子轉速調至30rpm，將二段混煉膠投入密煉室混煉360秒，膠料溫度達到150℃時排膠，在空氣中冷卻至室溫。
D、四段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比1:1.45，將三段混煉膠在開煉機中薄通6次，加入促進劑NS、促進劑D、促進劑TT和硫磺，薄通8次出片，得到終煉膠，即高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料。
實施例3：高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料，配合比例見表4。
表4
高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料的混煉工藝：
A、一段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比1:1.45，然后在開煉機上將溶聚丁苯橡膠(充油質量分數(shù)37.5％)、順丁橡膠、環(huán)氧化天然橡膠(環(huán)氧度為50％)和石墨烯混煉均勻。
B、二段混煉：密煉機轉子轉速30rpm，壓桿壓力0.7MP，將一段混煉好的膠料投入密煉機中，混煉30秒，將氧化鋅、硬脂酸、防老劑4020投入密煉室混煉60秒，將白炭黑(粒徑為25nm)，硅烷偶聯(lián)劑Si69投入密煉室混煉120秒，繼續(xù)將超耐磨炭黑投入密煉室混煉60秒，將環(huán)保橡膠油NYTEX4700投入密煉室混煉120秒，排膠。
C、三段混煉：將密煉機溫度調至120℃，密煉機轉子轉速調至30rpm，將二段混煉膠投入密煉室混煉360秒，膠料溫度達到150℃時排膠，在空氣中冷卻至室溫。
D、四段混煉：調節(jié)開煉機輥溫為室溫，循環(huán)冷卻輥溫，調節(jié)輥速比1:1.45，將三段混煉膠在開煉機中薄通6次，加入促進劑NS、促進劑D、促進劑TT和硫磺，薄通8次出片，得到終煉膠，即高抗?jié)窕轨o電低疲勞溫升輪胎胎面膠材料。
表5
在150℃下對以上所得終煉膠進行模壓硫化制得硫化膠，其力學性能，抗?jié)窕阅?，滾動阻力，耐磨性能，電阻率，導熱系數(shù)、疲勞溫升結果分別見表5。其中抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力性能采用0℃和60℃的Tanδ值表示，相關研究表明，0℃Tanδ值越高輪胎的抗?jié)窕阅茉胶茫?0℃Tanδ值越低輪胎的滾動阻力越低，DIN磨耗越小則其耐磨性越好，壓縮疲勞溫升越小膠料的生熱越低，導熱系數(shù)越大膠料的導熱能力越大。