技术领域
本发明为涉及一种用于生产弹性复合材料的配方(组合物)，尤指一种用于生产胎面胶的配方。
背景技术
弹性材料广泛应用于各种工业及民生领域，从汽车轮胎、鞋、胶布、运动用品、地板、胶布、输送带等日常生活用品，到电子、半导体工业、及太空机件等精密产业都有需求，其种类也包罗万象，如丁睛橡胶、硅橡胶、氟素橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶等。
其中，以橡胶举例来说，其组成和配方是在经历过多次演进、改良、开发而有目前的多种型态：最初由橡胶树采集天然橡胶，再利用橡胶硫化的方法来改善天然橡胶性质，后来更以煤、石油、天然气为主要原料，通过人工方式依需求生产出各式各样的合成橡胶，而其中因为配方组成的不同，也赋予这些橡胶制品独特的物理特性。
例如，美国专利公告号US9228077B2提出的一种橡胶组合物中，含有橡胶成分(A)、法尼烯(farnesene)的聚合物(B)、以及二氧化硅(C)，且该聚合物在该橡胶组合物中的含量为1至100质量份。使用该专利的该橡胶组合物制成的轮胎具有优异的滚动阻抗性能且可抑制机械强度以及硬度的下降；又或者如美国专利公告号US9593228B2所提出的可硫化橡胶混合物，包含：(A)至少一种经羧基及/或羟基及/或其盐类功能化的二烯橡胶；(B)至少一种淡色填料；(C)三羟甲丙烷(trimethylolpropane)；(D)至少一种脂肪酸，且其中以100重量份的成分(A)为基准，成分(C)及(D)量的总和为0.1至20重量份，该可硫化橡胶混合物可应用在车辆轮胎胎纹上，具有高耐磨耗性能及低滚动阻抗等优点。
然而，对于品质的追求往往是没有止尽的。特别是多数的弹性材料在使用过程中常面临磨耗问题，也容易随着使用时间增加而面临老化问题，上述种种仍是目前研究团队亟欲改善突破的议题。
发明内容
本发明的主要目的，在于解决已知硅橡胶的耐磨性不够理想、且容易随着时间老化而不堪使用的缺点。
为了达到上述目的，本发明提供一种用于生产弹性复合材料的配方、包含其的制品、以及胎面胶，使得依上述配方制成的制品具有更耐磨、更抗老化的优点，进而提升该制品的寿命。
据此，本发明提供一种弹性复合材料，包含硅橡胶以及分散于该硅橡胶之中且占总成分的重量百分比介于0.0005％至0.099％之间的碳材料，该碳材料为选自由单壁纳米碳管、多壁纳米碳管、石墨烯、氧化石墨烯及其组合所组成的组。
本发明另提供一种弹性复合材料，包含硅橡胶；占总成分的重量百分比介于0.0005％至0.099％之间的碳材料，该碳材料为单壁纳米碳管、多壁纳米碳管、石墨烯、氧化石墨烯及其组合所组成的组；以及占总成分的重量百分比介于10％至75％之间的填料，该填料选自由碳黑、白垩、碳纤维、玻璃纤维及其组合所组成的组。
本发明又提供一种用于生产弹性复合材料的配方，包含硅橡胶；占总成分的重量百分比介于0.0005％至0.099％之间的碳材料，该碳材料为选自由单壁纳米碳管、多壁纳米碳管、石墨烯、氧化石墨烯及其组合所组成的组；以及占总成分的重量百分比介于10％至75％之间的填料，该填料选自由碳黑、白垩、碳纤维、玻璃纤维及其组合所组成的组；以及占总成分的重量百分比介于0.5％～2％之间的交联剂。
本发明中同时提供一种制品，是以上述的配方制得的弹性复合材料所制成，该制品为轮胎、胎面胶、鞋底、皮带、输送带、或地板。
本发明还提供一种胎面胶，包含硅橡胶以及分散于该硅橡胶之中且占总成分的重量百分比介于0.0005％至0.099％之间的碳材料，该碳材料为单壁纳米碳管、多壁纳米碳管、石墨烯、氧化石墨烯及其组合所组成的组，以及占总成分的重量百分比介于10％至75％之间的填料，该填料选自由碳黑、白垩、碳纤维、玻璃纤维及其组合所组成的组。
因此，通过本发明的配方所制得的制品，相比于已知硅橡胶制品而言，至少具有以下优点：
1.以本发明的用于生产弹性复合材料的配方所制得的制品，例如轮胎、胎面胶、鞋底、皮带、输送带、或地板，其耐磨性增加、更抗老化，进而提升该制品的寿命。
2.以本发明的用于生产弹性复合材料的配方所制得的制品，例如轮胎、胎面胶、鞋底、皮带、输送带、或地板，因为耐磨性增加与抗老化性增加，因此相比于已知硅橡胶制品而言，本发明的该制品的该弹性复合材料的整体用量可再降低，不仅减少生产时的成本，该制品的重量也能有效减少。
3.以本发明的用于生产弹性复合材料的配方所制得的制品，例如应用于轮胎、胎面胶、皮带等制品时，经测试可减少在动态变形中的温度提升情况，且特别适用作为轮胎中的胎面胶使用。这是因为胎面胶为轮胎最外层与路面接触并印有花纹的一层胶料，其不仅让轮胎有牵引力，也能缓冲车辆在行驶过程中的冲击和摇摆程度，有鉴于依本发明的配方所制得的该弹性复合材料具有改善的耐磨性，因此当应用于胎面胶时，相比于已知的材料将更具优势。
具体实施方式
涉及本发明的详细说明及技术内容，将组合实施例说明如下：
本发明的弹性复合材料主要包含硅橡胶以及分散于该硅橡胶之中的碳材料。
本发明一个实施例中，该硅橡胶可为各种已知的硅胶或橡胶，本领域具有通常知识者可依据所欲生产的制品特性及种类进行选用而没有特别限制。
而该碳材料为单壁纳米碳管、多壁纳米碳管、石墨烯、氧化石墨烯、或其组合，该碳材料占总成分的重量百分比介于0.0005％至0.099％之间、较优选介于0.005％至0.05％之间、更优选介于0.005％至0.02％之间。
本发明另提供一种弹性复合材料，主要包含硅橡胶、分散于该硅橡胶之中的碳材料、以及填料。其中，该硅橡胶可为各种已知的硅胶或橡胶；该碳材料占总成分的重量百分比介于0.0005％至0.099％之间，且可为单壁纳米碳管、多壁纳米碳管、石墨烯、氧化石墨烯、或其组合；填料占总成分的重量百分比介于10％至75％之间，且可选自于碳黑、白垩、碳纤维、玻璃纤维及其组合所组成的组。
本发明一个实施例中，上述的该弹性复合材料是通过如下的配方制得，该配方主要包含硅橡胶、碳材料、填料、以及交联剂。
本发明一个实施例中，关于该硅橡胶，可如前文所述地为各种已知的硅胶或橡胶，本领域具有常规知识者可依据所欲生产的制品特性及种类进行选用而没有特别限制。
本发明一个实施例中，该碳材料为单壁纳米碳管、多壁纳米碳管、石墨烯、氧化石墨烯或其组合，且该碳材料占总成分的重量百分比介于0.0005％至0.099％之间、较优选介于0.005％至0.05％之间、更优选介于0.005％至0.02％之间。
该填料可选自由碳黑、白垩、碳纤维、玻璃纤维及其组合所组成的组，且于本发明一个较优选的实施例中，该填料占总成分的重量百分比介于10％至75％之间、更优选为25％至50％之间。
适用于本发明的该交联剂包括但不限于：含硫化合物(如硫磺)、过氧化物、金属氧化物、酯类化合物、胺类化合物、树脂类化合物、硒、或碲，只要该交联剂在约150℃至195℃高温下会与橡胶分子进行化学反应形成三维网状结构体即可。且本发明一个实施例中，该交联剂占总成分的重量百分比介于0.5％至2％之间。
除了上述的该交联剂外，为了软化、增塑、或者润滑等目的，也可进一步添加添加剂，适用于本发明的该添加剂可为锌氧粉(如氧化锌)、硬脂酸、油、或者可为噻唑型或磺酰胺型的促进剂，但本领域具有通常知识者可依需求而选用，本发明对此并无特别限制。
关于该添加剂添加的比例，本发明并无特别限制，在一个非限制性实施例中，锌氧粉可占总成分的重量百分比介于0.00001％至3％之间、硬脂酸可占总成分的重量百分比介于0.00001％至2％之间、油可占总成分的重量百分比介于0.00001％至18％之间、触促进剂可占总成分的重量百分比介于0.00001％至2％之间。
至于制备该弹性复合材料的方法，本发明对此并无特别限制。举例来说，可先将该硅橡胶备妥后，再将该碳材料加入该硅橡胶中，使该碳材料均匀地分散在该硅橡胶而形成含该碳材料的混炼胶，再将该混炼胶、该填料以及该交联剂共同混炼并加热至，例如，约150℃～180℃使其硬化后，即可获得该弹性复合材料。
上述使该碳材料均匀地分散在该硅橡胶的方法，举例来说，可利用如混炼机(mixing mill)、捏合机(kneader)、密炼机(banbury)来进行分散，然而，只要可确实地使该碳材料分散即可，本发明对此也没有特别的限制。
实施例
下文中，将依下表1的不同配方，分别制造出实施例1、实施例2、实施例3、比较例1、比较例2、以及比较例3的弹性复合材料以进行后续的物理性测试。
表1(单位：重量百分比％)
表1的实施例1、实施例2、比较例1、以及比较例2的组成，主要差异在于纳米碳管的比例。补充说明的是，表1所述的油可为任何适用的橡胶加工油，如环烷基加工油、石蜡基加工油、芳香基加工油等作为橡胶软化用途的化合物；而促进剂可为1,3-二苯胍(1,3-diphenylguanidine)、N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺(N-cyclohexyl-2-benzothiazolesulfenamide)、N-氧二乙撑-2-苯骈噻唑次磺酰胺(2-(morpholinothio)-benzothiazole)。
此外，表1的充油型苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR1712)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丁二烯橡胶(BR)或其混合物，即为上述配方中的该硅橡胶，该充油型苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR1712)为包括有添加油的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。
接下来，就上述的实施例1、实施例2、比较例1、以及比较例2的该弹性复合材料进行抗张物性及老化后的抗张物性测试，结果分别如下表2及表3。
表2
实施例1 实施例2 比较例1 比较例2 硬度 68 68 68 66 拉伸强度(kg/cm2) 203 198 210 195 拉伸率(％) 529 529 524 690 300％M(kg/cm2) 100 99 105 68 撕裂强度(kg/cm) 36 41 34 33
表3
实施例1 实施例2 比较例1 比较例2 硬度 74 74 74 71 拉伸强度(kg/cm2) 185 191 186 186 拉伸率％ 395 415 390 530 300％M(kg/cm2) 137 137 143 95 撕裂强度(kg/cm) 20 31 20 28 拉伸强度保留率 91.13％ 96.46％ 88.57％ 95.36％ 拉伸率％保留率 74.67％ 78.45％ 74.43％ 76.81％ 阿克隆磨耗试验 257 177 100 30
表2及表3中，抗张物性是弹性复合材料在165℃进行15分钟于室温放置16小时后的测试结果；而老化后的抗张物性测试则是弹性复合材料在165℃下进行15分钟后，于室温放置16小时后再于100℃、48小时处理后进行测试的测试结果。补充说明的是，表2及表3中的300％M为拉伸300％时的应力值，数值越高表示越刚硬。
上述实施例1、实施例2、比较例1、以及比较例2的弹性复合材料还进行阿克隆磨耗试验(Akron abrasion test)以确认其耐磨性。其试片是在165℃进行15分钟，再于室温放置16小时后的测试结果。
阿克隆磨耗试验显示：实施例1的磨耗指数为257、实施例2的磨耗指数为177，均优于未添加纳米碳管的比较例1的磨耗指数100；此外，实施例1与实施例2的磨耗指数也都优于纳米碳管添加量超出本发明所限定的0.0005％至0.099％的范围的比较例2，在比较例2中，测得其磨耗指数仅有30。是以，经由该阿克隆磨耗试验(Akron abrasion test)可证实该碳材料的添加量需在0.0005％至0.099％重量百分比的范围之内，方能获得具有较优选效果的该弹性复合材料。
综合上表2及表3，明显看出，根据本发明的用于生产弹性复合材料的配方所制得的弹性复合材料能在不丧失基本机械性质的状况下，表现出更优异的阿克隆磨耗试验结果。且由于具有强化的耐磨性的缘故，根据本发明的用于生产弹性复合材料的配方所制得的弹性复合材料在使用时的寿命可获得提升。
进一步通过实施例3以及比较例3生产该弹性复合材料以进行生热测试，测试结果如下表4。
表4
实施例3 比较例3 压缩比例(％) 26.30 24.80 升高温度(℃) 48.5 50.7
本实施例中该生热测试具体实施方式，是以ASTM D623所规范的条件进行测试。弹性复合材料在165℃进行15分钟于室温放置16小时后的测试结果。实施例3及比较例3的差异仅在于其配方中是否添加该碳材料，即，纳米碳管。由表4可见，相比于比较例3而言，实施例3的弹性复合材料相对未添加纳米碳管的试片数据50.7℃而言，可减少4.3％温度，因此，利用本发明的弹性复合材料制得的制品，确实可有效的减少在动态变形中的温度提升情况，适合应用在诸如轮胎、胎面胶、皮带等制品中，在使用时可更加地节能。
综上所述，本发明的弹性复合材料所制得的制品相比于已知硅橡胶制品而言，至少具有以下优点：
1.以本发明的用于生产弹性复合材料的配方所制得的制品，例如轮胎、胎面胶、鞋底、皮带、输送带、或地板，其耐磨性增加、更抗老化，进而提升该制品的寿命。
2.以本发明的用于生产弹性复合材料的配方所制得的制品，例如轮胎、胎面胶、鞋底、皮带、输送带、或地板，因为耐磨性增加与抗老化性增加，因此相比于已知硅橡胶制品而言，本发明的该制品的该弹性复合材料的整体用量可再降低，不仅减少生产时的成本，该制品的重量也能有效减少。
3.以本发明的用于生产弹性复合材料的配方所制得的制品，例如应用于轮胎、胎面胶、皮带等制品时，经测试可减少在动态变形中的温度提升情况，且特别适用作为轮胎中的胎面胶使用。这是因为胎面胶为轮胎最外层与路面接触并印有花纹的一层胶料，其不仅让轮胎有牵引力，也能缓冲车辆在行驶过程中的冲击和摇摆程度，有鉴于依本发明的配方所制得的该弹性复合材料具有改善的耐磨性，因此当应用于胎面胶时，相比于已知的材料将更具优势。
以上已将本发明做详细说明，以上所描述的仅为本发明的优选实施例而已，其不能限定本发明实施的范围。凡依本发明申请范围所作的同等变化与修饰等，皆应仍属本发明的专利涵盖范围内。