本发明涉及胎面胶的制备方法领域，尤其是一种基于石墨烯的汽车轮胎胎面胶的制备方法。
背景技术：
汽车轮胎是影响汽车综合性能和安全性的关键零部件，汽车在高速行驶时，轮胎内部产生大量的热，胎面、胎肩和三角胶是轮胎生热较多，极易损坏的地方，胎面胶与行驶路面直接接触，所以胎面胶受到的摩擦力、撕裂力和挤压力相对较大，容易被磨损、刺破和崩花掉块，导致其耐久度不够，使轮胎的使用周期缩短。因此，如果能提高轮胎胎面的综合力学性能和耐久度，就能延长轮胎的使用寿命，改善现有轮胎的综合性能，降低轮胎的使用成本。
石墨烯，是一种由sp2杂化的碳原子以六边形周期排列形成的二维蜂窝状晶格结构的无机纳米片层材料，其厚度只有0.335nm，可作为其它维数碳材料的基本结构单元。在其之前被发现的碳的其他维度的同素异形体都可看作是由石墨烯为基元经过卷曲抑或堆叠形成。石墨烯独特的二维单原子层共轭结构和各种优异的性能，引发了全世界范围内对其展开的基础理论、实验和应用的研究。石墨烯具有优异的电学性质、热学性质、光学性质和力学性质。然而目前现有的产业化生产中，限于轮胎的工艺条件，石墨烯与橡胶的复合一般选择机械共混法，直接机械共混虽然简单易行，但是很难将石墨烯剥离并均匀分散在橡胶基体中，且机械共混过程中高剪切力会打碎石墨烯片层，因此如何制备出高剥离石墨烯、分散性好的石墨烯/橡胶复合材料成为研究的难点和关键。
技术实现要素：
为了克服现有技术中所存在的缺陷，本发明提供一种基于石墨烯的汽车轮胎胎面胶的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于石墨烯的汽车轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤：
1）氧化石墨烯的制备
①取3~5g硝酸钠和8~10g可膨胀石墨依次放入三口烧瓶中，将三口烧瓶放置在0℃的冰水浴中，在搅拌条件下，向三口烧瓶中加入200~250ml浓硫酸，并搅拌均匀，然后向三口烧瓶中加入25~30g高锰酸钾，继续搅拌1.5~2.5h；
②将阶段1）步骤①的三口烧瓶从冰水浴中取出，放置在常温下，继续搅拌反应至反应液呈深绿色，然后缓慢向三口烧瓶中滴加400~500ml去离子水，使反应液逐渐变为棕黄色；
③将阶段1）步骤②的三口烧瓶放到100℃的开水浴中，继续搅拌反应15~20min，然后向三口烧瓶中加入1~1.2l去离子水，搅拌均匀，然后在搅拌的条件下加入20~25ml质量分数为30%的过氧化氢溶液，使反应液的颜色由棕黄色变为金黄色；
④将阶段1）步骤③的反应液放到离心机中进行离心，将离心得到的反应物用去离子水洗涤3~5遍，然后向洗涤后的反应物中加入20~30ml质量分数为15%的稀盐酸，在搅拌的条件下继续反应20~30min，然后将反应液离心，将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤3~5遍，然后将产物放到40~50℃的烘箱中烘干，即可得到氧化石墨烯；
2）石墨烯的制备
取1~2g阶段1）制备的氧化石墨烯放入烧杯中，并向烧杯中加入0.5~1l去离子水，然后将烧杯放到超声仪中进行超声剥离，超声剥离时间为36~48h，超声剥离后得到稳定的分散液，然后取3~6g茶多酚，在搅拌条件下加入到上述的分散液中，继续超声1~2h，将溶液倒入反应釜中，控制反应温度为80℃，反应时间为5~8h，将反应后的溶液离心、分离，得到沉淀物，然后将沉淀物放到40~50℃的烘箱中烘干、备用；
3）石墨烯/丁苯橡胶复合材料的制备
取1g阶段2）制备的石墨烯，加入去离子水1.0l，配成浓度为1g/l的混合溶液，然后向混合溶液中加入一定量的丁苯胶乳，在搅拌条件下共混1~1.5h，然后向反应物中滴加质量浓度为1%的氯化钙溶液，使丁苯胶乳絮凝，最后得到石墨烯/丁苯橡胶复合材料，用去离子水将石墨烯/丁苯橡胶复合材料洗涤5~10遍，最后将石墨烯/丁苯橡胶复合材料放到50℃的烘箱中干燥24h；
4）胎面胶的制备
①所述胎面胶按重量份数计包括以下组分：石墨烯/丁苯橡胶复合材料73~77份（其中，丁苯橡胶70份、石墨烯3~7份）、顺丁橡胶30份、炭黑30~40份、环烷油5~10份、氧化锌3.5~5份、硬脂酸0.5~1.2份、防老剂1.0份、硫磺1.5~2.0份、促进剂1.5~2.5份；
②胎面胶的制备方法：按上述配方将胶料放入密炼机中进行混炼加工，得到混炼胶，将制备的混炼胶置于辊筒挤出压出机中进行压延后，通过后口型板压出，得到半成品胎面。
上述的一种基于石墨烯的汽车轮胎胎面胶的制备方法，所述炭黑为n326、n339或n330中的一种。
上述的一种基于石墨烯的汽车轮胎胎面胶的制备方法，所述防老剂为防老剂4010na。
上述的一种基于石墨烯的汽车轮胎胎面胶的制备方法，所述促进剂为促进剂d或促进剂ns。
与现有技术相比本发明具有以下优点和突出性效果：
本发明的有益效果是，本发明首先通过可膨胀石墨制备石墨烯，然后将石墨烯与丁苯橡胶胶乳进行乳液共混，胶乳经过絮凝、干燥得到石墨烯/丁苯橡胶复合材料，这种填料、橡胶原位合成的方式有利于石墨烯在橡胶中的分散，提高了石墨烯与橡胶的界面结合强度；石墨烯/丁苯橡胶复合材料在与顺丁橡胶、各种填料及配合剂进行机械共混，所制备的胎面胶与传统胎面胶相比，具有更优异的性能，表现出高耐磨、低滚动阻力的特点，延长了使用寿命，符合绿色轮胎的要求。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作详细说明。
【实施例1】
一种基于石墨烯的汽车轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤：
1）氧化石墨烯的制备
①取3g硝酸钠和8g可膨胀石墨依次放入三口烧瓶中，将三口烧瓶放置在0℃的冰水浴中，在搅拌条件下，向三口烧瓶中加入200ml浓硫酸，并搅拌均匀，然后向三口烧瓶中加入25g高锰酸钾，继续搅拌1.5h；
②将阶段1）步骤①的三口烧瓶从冰水浴中取出，放置在常温下，继续搅拌反应至反应液呈深绿色，然后缓慢向三口烧瓶中滴加400ml去离子水，使反应液逐渐变为棕黄色；
③将阶段1）步骤②的三口烧瓶放到100℃的开水浴中，继续搅拌反应15min，然后向三口烧瓶中加入1l去离子水，搅拌均匀，然后在搅拌的条件下加入20ml质量分数为30%的过氧化氢溶液，使反应液的颜色由棕黄色变为金黄色；
④将阶段1）步骤③的反应液放到离心机中进行离心，将离心得到的反应物用去离子水洗涤5遍，然后向洗涤后的反应物中加入20ml质量分数为15%的稀盐酸，在搅拌的条件下继续反应20min，然后将反应液离心，将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤5遍，然后将产物放到40℃的烘箱中烘干，即可得到氧化石墨烯；
2）石墨烯的制备
取1g阶段1）制备的氧化石墨烯放入烧杯中，并向烧杯中加入0.5l去离子水，然后将烧杯放到超声仪中进行超声剥离，超声剥离时间为36h，超声剥离后得到稳定的分散液，然后取3g茶多酚，在搅拌条件下加入到上述的分散液中，继续超声1h，将溶液倒入反应釜中，控制反应温度为80℃，反应时间为5h，将反应后的溶液离心、分离，得到沉淀物，然后将沉淀物放到40℃的烘箱中烘干、备用；
3）石墨烯/丁苯橡胶复合材料的制备
取1g阶段2）制备的石墨烯，加入去离子水1.0l，配成浓度为1g/l的混合溶液，然后向混合溶液中加入一定量的丁苯胶乳，在搅拌条件下共混1h，然后向反应物中滴加质量浓度为1%的氯化钙溶液，使丁苯胶乳絮凝，最后得到石墨烯/丁苯橡胶复合材料，用去离子水将石墨烯/丁苯橡胶复合材料洗涤5遍，最后将石墨烯/丁苯橡胶复合材料放到50℃的烘箱中干燥24h；
4）胎面胶的制备
①所述胎面胶按重量份数计包括以下组分：石墨烯/丁苯橡胶复合材料73份（其中，丁苯橡胶70份、石墨烯3份）、顺丁橡胶30份、炭黑30份、环烷油5份、氧化锌3.5份、硬脂酸0.5份、防老剂1.0份、硫磺1.5份、促进剂1.5份；
②胎面胶的制备方法：按上述配方将胶料放入密炼机中进行混炼加工，得到混炼胶，将制备的混炼胶置于辊筒挤出压出机中进行压延后，通过后口型板压出，得到半成品胎面。
进一步的，所述炭黑为n326。
进一步的，所述防老剂为防老剂4010na。
进一步的，所述促进剂为促进剂d。
【实施例2】
一种基于石墨烯的汽车轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤：
1）氧化石墨烯的制备
①取5g硝酸钠和10g可膨胀石墨依次放入三口烧瓶中，将三口烧瓶放置在0℃的冰水浴中，在搅拌条件下，向三口烧瓶中加入250ml浓硫酸，并搅拌均匀，然后向三口烧瓶中加入30g高锰酸钾，继续搅拌2.5h；
②将阶段1）步骤①的三口烧瓶从冰水浴中取出，放置在常温下，继续搅拌反应至反应液呈深绿色，然后缓慢向三口烧瓶中滴加500ml去离子水，使反应液逐渐变为棕黄色；
③将阶段1）步骤②的三口烧瓶放到100℃的开水浴中，继续搅拌反应20min，然后向三口烧瓶中加入1.2l去离子水，搅拌均匀，然后在搅拌的条件下加入25ml质量分数为30%的过氧化氢溶液，使反应液的颜色由棕黄色变为金黄色；
④将阶段1）步骤③的反应液放到离心机中进行离心，将离心得到的反应物用去离子水洗涤5遍，然后向洗涤后的反应物中加入30ml质量分数为15%的稀盐酸，在搅拌的条件下继续反应30min，然后将反应液离心，将离心得到的沉淀物用去离子水洗涤5遍，然后将产物放到50℃的烘箱中烘干，即可得到氧化石墨烯；
2）石墨烯的制备
取2g阶段1）制备的氧化石墨烯放入烧杯中，并向烧杯中加入1l去离子水，然后将烧杯放到超声仪中进行超声剥离，超声剥离时间为48h，超声剥离后得到稳定的分散液，然后取6g茶多酚，在搅拌条件下加入到上述的分散液中，继续超声2h，将溶液倒入反应釜中，控制反应温度为80℃，反应时间为8h，将反应后的溶液离心、分离，得到沉淀物，然后将沉淀物放到50℃的烘箱中烘干、备用；
3）石墨烯/丁苯橡胶复合材料的制备
取1g阶段2）制备的石墨烯，加入去离子水1.0l，配成浓度为1g/l的混合溶液，然后向混合溶液中加入一定量的丁苯胶乳，在搅拌条件下共混1.5h，然后向反应物中滴加质量浓度为1%的氯化钙溶液，使丁苯胶乳絮凝，最后得到石墨烯/丁苯橡胶复合材料，用去离子水将石墨烯/丁苯橡胶复合材料洗涤10遍，最后将石墨烯/丁苯橡胶复合材料放到50℃的烘箱中干燥24h；
4）胎面胶的制备
①所述胎面胶按重量份数计包括以下组分：石墨烯/丁苯橡胶复合材料77份（其中，丁苯橡胶70份、石墨烯7份）、顺丁橡胶30份、炭黑40份、环烷油10份、氧化锌5份、硬脂酸1.2份、防老剂1.0份、硫磺2.0份、促进剂2.5份；
②胎面胶的制备方法：按上述配方将胶料放入密炼机中进行混炼加工，得到混炼胶，将制备的混炼胶置于辊筒挤出压出机中进行压延后，通过后口型板压出，得到半成品胎面。
进一步的，所述炭黑为n330。
进一步的，所述防老剂为防老剂4010na。
进一步的，所述促进剂为促进剂ns。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。