(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211109641.1 (22)申请日 2022.09.13 (71)申请人 青岛科技大 学 地址 266000 山东省青岛市崂山区松岭路 99号 (72)发明人 刘丰嘉　蔡维琪　高培议　刘旭　 崔浩然　霍思静　耿赛　王卉卉　 殷佳珞　 (51)Int.Cl. C08L 9/06(2006.01) C08L 9/00(2006.01) C08L 77/10(2006.01) C08K 3/04(2006.01) C08K 3/22(2006.01) C08K 5/09(2006.01) D06M 13/513(2006.01)C08J 5/04(2006.01) B60C 1/00(2006.01) D06M 101/36(2006.01) (54)发明名称 一种增强轮胎胎面橡胶材料耐磨性能的芳 纶纳米纤维的合成方法 (57)摘要 本发明提出了一种增强轮胎胎面橡胶材料 耐磨性能的芳纶纳米纤维的合 成方法。 本发明采 用硅烷偶联剂制备功能化ANFs(fANFs)， 并用得 到的fANFs制备fANF/ 水糊状混合物， 该混合物可 通过传统的干混合方法轻松分散在橡胶基体中， 形成fANFs增强橡胶复合材料。 同传统的轮胎胎 面胶复合材料相比， 本发明增强了轮胎胎面的机 械性能， 最大限度降低轮胎的滚动阻力和磨损损 失， 降低了能源消耗， 并在环境改善方面有显著 作用， 有着良好的发展前 景。 权利要求书1页 说明书4页 CN 115449138 A 2022.12.09 CN 115449138 A 1.一种增强轮胎胎面橡胶材料耐磨性能的芳纶纳米纤维的合成方法， 其特征在于， 包 括以下步骤： S1、 将 KM2+、 细磨氢氧化钠(NaOH)和二甲基亚砜(DMSO)在室温下持续搅拌， 配 制成暗红色溶 液(ANF溶液)。 S2、 将双‑(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物(TESPT)与ANF溶液混合搅拌。 在溶液中倒 入去离子水将fANFs 分离出来。 S3、 通过真空过 滤收集fANFs后， 利用去离 子水和丙酮洗涤fANFs， 中和fANFs的高pH值。 S4、 利用超声设备将fANFs重新分散在水中。 将水蒸发， 得到fANF膏体。 S5、 将丁苯橡胶SOL6270M和丁二烯橡胶KBR  01组合研磨， 然后加入炭黑(N339级)、 氧化 锌、 硬脂酸和环烷油， 再加入fANF膏体搅拌。 S6、 将橡胶化合物与硫和n ‑环己基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺(CBS)混合， 通过双辊磨机， 制 成芳纶纳米纤维增强的轮胎 胎面橡胶复合材 料。 2.如权利 要求1所述的S1方法， 其特征在于， KevlarKM2 +和细磨氢氧化钠的用量分别为 2g和4g。 二甲基亚砜用量 为800‑1000ml。 搅拌时间为6天。 3.如权利要求1所述的S2方法， 其特征在于， 双 ‑(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物 (TESPT)的用量 为4g。 搅拌温度为85℃， 搅拌时间为1.5天。 去离 子水用量 为1000ml。 4.如权利要求1所述的S3方法， 其特征在于， 用丙酮和去离子水洗涤fANFs3 ‑5次， 至pH 值降为中性或弱碱性。 5.如权利 要求1所述的S4方法， 其特征在于， fANFs通过真空过滤收集。 蒸发后得到含水 量为90wt％的fANF膏体。 6.如权利要求1所述的S5方法， 其特征在于， 将丁苯橡胶SOL6270M和丁二烯橡胶KBR  01 组合研磨1min， 加入炭黑(N339级)、 氧化锌、 硬脂酸和环烷油1min后， 再加 入fANF膏体混合 5min。 内部混合温度维持在140～15 0℃。 7.如权利要求1所述的S6方法， 橡胶化合物与硫和n ‑环己基‑2‑苯并噻唑次磺酰胺(CBS) 混合4min， 通过双辊磨机后， 在168℃热压固化10分钟， 制成3mm厚度轮胎胎面橡胶复合材 料， 在160℃热压固化25分钟， 制成8m m厚度的轮胎 胎面橡胶复合材 料。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115449138 A 2一种增强轮胎 胎面橡胶材料耐磨性能的芳纶纳米纤维的合成 方法 技术领域 [0001]本发明属于聚合物纳 米材料技术领域， 具体涉及 一种增强轮胎胎面橡胶材料耐磨 性的功能性 芳纶纳米纤维的制备 方法。 背景技术 [0002]轮胎是车辆与道路之间的唯一接触点。 在行驶过程中， 轮胎所做的无用功约占车 辆总燃料能量消耗的6.6％， 造成能量的极大浪费。 轮胎性能的三个重要参数为轮胎的滚动 阻力、 湿牵引和外部滚动噪声， 因此轮胎胎面材料就要最大限度在降低轮胎的滚动阻力和 磨损损失上下功夫， 以提高材料的抗湿滑性、 抗滚动阻力和耐磨性。 这三个方面是相互关联 的， 实现它们的同时平衡和优化是轮胎行业长期以来面临的严峻挑战。 轮胎橡胶 复合材料 的性能和特性受所使用填料类型的影响。 为此， 橡胶化合物已被各种类型的填料增强， 包括 炭黑、 二氧化硅、 纳米粘土、 氧化石墨烯、 碳纳米管(CNTs)和短 纤维以增强机械性能。 在这些 填料中， 炭黑和二氧化硅是橡胶工业中常用的填料。 短纤维也因其增强效率和高纵横比而 引起广泛关注， 只需要相对较低的含量就能达到预期的性能。 芳纶短纤维因其优异的力学 性能、 耐热性和耐化学性， 成为最有 前途的橡胶增强填料之一。 由于橡胶和芳 纶纤维之 间缺 乏明显的化学或机械相互作用， 随着芳纶浆负载的增加， 合成的化合物的抗拉强度和磨损 性能下降。 因此有必要通过对芳 纶纤维进 行表面改性， 使其在橡胶基体中具有 更强结合性、 更好分散性， 从而提升轮胎胎面橡胶 复合材料 的整体力学性能， 减少复合材料变形过程中 的能量耗散。 [0003]中国专利号为CN113862816A， 名称为 “一种短棒芳纶纳米纤维的制备方法及芳纶 纳米纤维和应用 ”中提出了一种通过蒸汽爆破的方法制取芳纶纳米纤维， 使得芳纶纳米纤 维呈短棒状且能分散于水中或亲水溶剂 中， 拓展了芳纶纳米纤维的多元化利用。 中国专利 号为CN112553959B， 名称为 “一种芳纶纤维 ‑植物纳米纤维复合芳纶纸及其制备方法与应 用”中提出了一种物理与化学相结合的方法改性芳纶纤维， 从而提高芳纶纸的机械性能并 且降低了生产成本。 中国专利号为CN11298 0044B， 名称为 “一种高性能大块芳纶纳米纤维气 凝胶及其制备方法和应用 ”提出一种超临界CO2、 常压等干燥工艺， 制备出密度及力学性能 可调节的纳米纤维气凝胶， 孔隙率可控， 热导 率低， 耐温性高。 发明内容 [0004]本发明提出了利用含多硫化物的硅烷偶联剂双 ‑(三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化 物(TESPT)对芳纶纳米纤维(ANFs)进行功能化， 以提高ANFs在化合物中的分散性， 并在橡胶 分子与ANFs之间形成共价键。 由此产生的功能化ANFs(fANFs)可用于对制备轮胎胎面橡胶 复合材料， 使其性能得到有效改善和 增强。 [0005]为了实现上述发明目的， 本发明采用以下技 术方案： [0006]S1、 将 细磨氢氧化钠(NaOH)和二甲基 亚砜(DMSO)在室 温下持续搅说　明　书 1/4 页 3 CN 115449138 A 3