一种基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料及其制备方法和应用

本发明属于橡胶材料及其制备领域，具体涉及一种基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、节油、抗湿滑、高耐磨轮胎对于能源节约、环境保护和大气污染治理等具有重大的意义，这是轮胎技术和产业的未来发展趋势。与传统轮胎相比，高性能轮胎(也称“绿色轮胎”)的滚动阻力最多可降低35％，最高可减少8％的汽车燃料消耗。如果中国所有汽车都换用节油轮胎，每年可节约燃油400万吨，减排二氧化碳超过1000万吨。

2、为平衡滚动阻力、湿滑、磨耗“魔鬼三角”性能，制备出高性能的轮胎用橡胶纳米复合材料，不仅需要高性能基础橡胶材料，而且要有科学的橡胶材料组成设计方法，还需先进的橡胶纳米复合材料制备技术和轮胎加工方法。这些既是世界橡胶材料科学与工程领域最为重要的基础科学与技术问题，也是难题。因此开发能够改善滚动阻力、抗湿滑，提高轮胎耐磨性和降低磨耗等性能的高性能轮胎具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有改性复合橡胶无法平衡橡胶的“魔鬼三角”性能的技术问题，而提供了一种基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料及其制备方法和应用。

2、本发明的一种基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料以重量份数计由以下组分制备而成：

3、烯烃类橡胶100份；

4、补强填料10～100份；

5、增塑剂10～50份；

6、氧化锌1～5份；

7、硬脂酸1～6份；

8、硫磺1～5份；

9、硅烷偶联剂1～9份；

10、促进剂1～10份；

11、防老剂1～10份；

12、其中，烯烃类橡胶以重量份数计由天然橡胶0-20份、溶聚丁苯橡胶0-60份、顺丁橡胶0-30份和铁系丁戊橡胶10～60份混合而成，其中天然橡胶、溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶的份数不能同时为0，铁系丁戊橡胶的分子量为50～80w，分子量分布为1.5-2.5，乙烯基和丙烯基侧基含量之和为30～50％，制备过程中单体丁二烯与异戊二烯的摩尔比为(1.5-9)：1。

13、进一步限定，所述铁系丁戊橡胶由丁二烯结构单元和异戊二烯结构单元组成。

14、更进一步限定，丁二烯结构单元中1,2-丁二烯的摩尔含量为30～50％，1,4-丁二烯的摩尔含量为50～70％，异戊二烯结构单元中3,4-异戊二烯的摩尔含量为30～50％，1,4-异戊二烯的摩尔含量为50～70％。

15、进一步限定，铁系丁戊橡胶是利用铁系催化剂配位聚合制备的，所述铁系丁戊橡胶为不含凝胶的丁戊橡胶。

16、进一步限定，所述补强填料为炭黑、白炭黑、滑石粉、陶粉和碳酸钙中的一种或几种按任意比的混合物。

17、进一步限定，所述增塑剂为环石蜡基橡胶增塑剂、芳香基橡胶增塑剂和环烷基橡胶增塑剂中的一种或几种按任意比的混合物。

18、进一步限定，所述促进剂为噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、次磺酰胺类促进剂、胍类促进剂和二硫化氨基甲酸盐类促进剂的一种或几种按任意比的混合物。

19、进一步限定，所述防老剂为酮胺类防老剂、二芳基仲胺类防老剂、对苯二胺类防老剂和酚类防老剂中的一种或几种按任意比的混合物。

20、本发明的一种基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料的制备方法按以下步骤进行：

21、步骤1：在密炼机中加入烯烃类橡胶，120-135℃下塑炼180-240s，静置4h以上，然后加入补强填料、氧化锌、硬脂酸、增塑剂、硅烷偶联剂和防老剂，在135-150℃下混炼240-300s，得到混炼胶；

22、步骤2：向混炼胶中加入硫磺和促进剂继续混炼，得到基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料。

23、本发明的一种基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料用于制备轮胎胎面。

24、本发明与现有技术相比具有的显著效果：

25、1)本发明中的铁系丁戊橡胶具有更窄的相对分子质量分布、更高的相对分子质量(50w-80w)以及可调控的分子链结构，因而具有更低的滞后损失和内生热，从而降低了复合材料的滚动阻力。

26、2)本发明的高丁二烯含量的铁系丁戊橡胶是一类有特点的产品，与溶聚丁苯橡胶相比，使其具有大量的乙烯基侧基，乙烯基与丙烯基和苯环相比具有更小的空间位阻，空间运动能力增强，分子链柔顺性增强，受到应力作用发生形变时，内耗降低，从而降低了其滚动阻力。

27、3)本发明的铁系丁戊橡胶还具有一定的量的丙烯基，可以增加了结构单元的刚性，改善橡胶的动态粘弹性能，因此在大幅降低滚阻的前提下，保证了其抗湿滑性能。此外，而1,4-丁二烯结构单元的存在，可进一步的增加分子链的柔顺性，在降低轮胎滚动阻力的同时保障了其耐磨性能。

28、4)本发明的铁系丁戊橡胶中由1,2-丁二烯，1,4-丁二烯，1,4-异戊二烯和3,4-异戊二烯结构单元构成，其与天然橡胶，丁苯橡胶和顺丁橡胶具有较高的结构相似度，可以更好的进行共混，能在降低滚阻性能的同时，保证其高耐磨和高抗湿滑的性能。

技术特征：

1.一种基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料，其特征在于，它以重量份数计由以下组分制备而成：

2.根据权利要求1所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料，其特征在于，铁系丁戊橡胶由丁二烯结构单元和异戊二烯结构单元组成。

3.根据权利要求2所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料，其特征在于，丁二烯结构单元中1,2-丁二烯的摩尔含量为30～50％，1,4-丁二烯的摩尔含量为50～70％，异戊二烯结构单元中3,4-异戊二烯的摩尔含量为30～50％，1,4-异戊二烯的摩尔含量为50～70％。

4.根据权利要求1所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料，其特征在于，铁系丁戊橡胶是利用铁系催化剂配位聚合制备的，所述铁系丁戊橡胶为不含凝胶的丁戊橡胶。

5.根据权利要求1所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料，其特征在于，补强填料为炭黑、白炭黑、滑石粉、陶粉和碳酸钙中的一种或几种的混合物。

6.根据权利要求1所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料，其特征在于，增塑剂为环石蜡基橡胶增塑剂、芳香基橡胶增塑剂和环烷基橡胶增塑剂中的一种或几种的混合物。

7.根据权利要求1所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料，其特征在于，促进剂为噻唑类、秋兰姆类、次磺酰胺类、胍类和二硫化氨基甲酸盐类的一种或几种的混合物。

8.根据权利要求1所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料，其特征在于，防老剂为酮胺类、二芳基仲胺类、对苯二胺类和酚类防老剂中的一种或几种的混合物。

9.权利要求1-8任一项所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，该方法按以下步骤进行：

10.权利要求1-8任一项所述的基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料用于制备轮胎胎面。

技术总结
一种基于高丁二烯含量铁系丁戊橡胶的橡胶复合材料及其制备方法和应用。本发明属于橡胶材料及其制备领域。本发明的目的是为了解决现有改性复合橡胶无法平衡橡胶的“魔鬼三角”性能的技术问题。本发明的材料由烯烃类橡胶、补强填料、增塑剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺、硅烷偶联剂、促进剂和防老剂制备而成，烯烃类橡胶由天然橡胶、溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶和铁系丁戊橡胶混合而成，铁系丁戊橡胶分子量为50～80w，分子量分布为1.5‑2.5，乙烯基和丙烯基侧基含量之和为30～50％，制备过程中单体丁二烯与异戊二烯的摩尔比为(1.5‑9)：1。本发明的材料作为轮胎胎面胶应用。本发明有效平衡了橡胶材料的“魔鬼三角”性能。

技术研发人员：王庆刚,侯鸿斌,付正广,王亮,徐广强,周丽
受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13