[发明专利]一种基于改性短切碳纤维的特种车辆实心轮橡胶材料及其制备方法

说明书

本发明涉及特种车辆实心轮橡胶材料领域，具体涉及一种基于改性短切碳纤维的特种车辆实心轮橡胶及其制备方法。具体为以天然橡胶作为主体聚合物，采用丙烯酸锌包覆短切碳纤维的方法改性短切碳纤维，并与炭黑、白炭黑及导热填料进行复合填充，制备特种车辆实心轮橡胶材料。与现有技术相比，本发明在保持橡胶材料力学性能及承载性能的前提下，提高了特种车辆实心轮橡胶的弹性与热稳定性，而且改善了实心轮橡胶与金属表面的粘接稳定性。

技术领域

本发明涉及实心轮胎橡胶材料领域，具体涉及一种基于改性短切碳纤维的特种车辆实心轮橡胶及其制备方法。

背景技术

特种车辆实心轮一般是指履带式坦克装甲车实心轮胎，也可为空轨列车走行轮实心轮。

履带式特种车辆实心轮装配在履带车辆的金属履带上，随履带滚动起到支撑车体和减震的作用。履带式特种车辆实心轮橡胶材料使用工况苛刻，要求具有高模量、高承载、高弹性的特点，在周期性应力应变下具有热稳定性，而且与金属部件具有稳定的粘接性能。

碳纤维是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量、耐高温、耐疲劳性能优异的纤维材料，短切碳纤维在减震橡胶及轮胎中已得到应用。为了提高短切碳纤维与橡胶高分子界面之间的界面结合能力，普遍对短切碳纤维进行表面改性处理。例如：CN102382339B介绍了一种用硅烷偶联剂表面处理碳纤维及碳纳米管制备轴承用低噪声纳米高分子材料的方法；CN109762212A将短切碳纤维浸入硝酸溶液中超声处理之后，再进行等离子处理的方法改性短切碳纤维，进而制备超耐磨输送带；CN107459682A利用浓硝酸改性短切碳纤维的方法，改善碳纤维与橡胶基体的界面粘合性；CN106349526B采用乙烯基三乙氧基硅烷、三乙醇胺和聚乙二醇的乙醇溶液作为改性剂，进行短切碳纤维改性，制备一种基于改性短切碳纤维的刹车带；CN103265763B通过将短切碳纤维从大豆油中取出沥干的方法，制备改性碳纤维的橡胶电缆护套。上述方法均在改进短切碳纤维与橡胶聚合物界面粘合方面得到不同程度的提高，但均未兼顾短切碳纤维的橡胶材料与金属构件之间的粘接性能。

现有实心轮橡胶存在热稳定性不够理想，难以适应高速、高载荷的应用工况环境，为此需通过加入耐高温、耐磨的碳纤维来增加橡胶材料的模量与耐热性，但直接添加往往会导致橡胶与金属构件粘接强度下降，碳纤维的已有改性技术通常不能兼顾橡胶材料与金属的粘接性能。

本发明的目的是提供一种基于改性短切碳纤维的实心轮橡胶材料，与现有技术相比，不仅能够改善短切碳纤维与橡胶的界面特性，而且还可提高实心轮橡胶与金属的表面粘接强度，提高实心轮橡胶与金属构件粘接稳定性，而且本发明操作简单，成本低廉。

发明内容

本发明提供一种基于改性短切碳纤维的特种车辆实心轮橡胶材料及其制备方法，涉及材料与金属构件的粘接性能，具体包括如下步骤：

(1)改性短切碳纤维的制备

(2)特种车辆实心轮橡胶材料制备

其中，步骤(1)中所述的工艺过程为首先将短切碳纤维用丙烯酸浸润(用量可根据实际操作将碳纤维完全浸润即可)，加入氧化锌包覆浸润的短切碳纤维并放置24小时以上；然后水洗至PH＝7，水洗时间控制在30分钟以内，晾置或在常温～100℃烘箱中干燥直至恒重即可。

进一步地，步骤(1)中所述的氧化锌与短切碳纤维的比例为2/12～4/12。

进一步地，步骤(1)中所述的水洗时间控制在10分钟以内。