CN101735490A - 耐切割轮胎胎面橡胶配方及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轮胎材料技术领域，尤其是耐切割的轮胎胎面橡胶配方。耐切割轮胎胎面橡胶配方，它包含有天然橡胶、中超耐磨炭黑、白碳黑、氧化锌与硬脂酸、防老化物质、尼龙短纤维特别粘合物质、半有效硫化体系组分物质；其特征在于它还包含有耐切割尼龙短纤维填充材料。该配方中，通过合理调配各原料的比例及增加耐切割尼龙短纤维填充材料来达到轮胎的超级防切割性能；该配方中半有效硫化体系组分物质中包含硫化剂与促进剂的重量比例近似为1∶1。本发明还介绍了该种胎面橡胶的生产方法。本发明具有以下有益效果：可以有效地提高轮胎的抗切割、耐切削性能，并降低裂口延伸速度；延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎材料技术领域，尤其是耐切割的轮胎胎面橡胶配方及其制作方法。
背景技术
当今社会，使用的轮胎大致分为二大类：一类为大部分时间在公路上使用的轮胎；另一类为大部分时间在非公路上使用的轮胎，它常被称为OTR(off-the-road)轮胎。
目前的装载机、轮式堆土机等工程车辆上安装的轮胎，大都为OTR轮胎。
随着工程车辆技术的不断进步，现代采矿、建筑等领域使用的工程机械车辆不断向大吨位、高载荷、高强度工作使用的方向发展，随着车辆载荷与工作强度的不断提高，无论是斜交线结构的工程轮胎还是子午线钢丝结构的工程轮胎，因轮胎负荷大，路面恶劣且时常伴随着工作场地存有大量的水，而水是切割橡胶的润滑剂，轮胎胎面橡胶因被迅速切削、切割磨损，致使轮胎工作寿命很低，进而导致过于频繁的轮胎更新频率，从而降低了矿山的工作效率、增加了运营的成本；当来自路面的尖锐石块切屑伤及轮胎胎体时，特别容易导致轮胎爆破，给矿山安全生产带来隐患。
OTR轮胎的胎面作为轮胎直接接触工作路面的部位，其磨损速度与工作寿命的长短，是直接决定OTR轮胎整体使用寿命与胎体保护的关键部位，传统的OTR轮胎胎面材料一般由：生胶体系、补强体系、硫化体系的原料构成；生胶体系的原料采用天然橡胶与丁苯橡胶并用体系，补强体系的原料采用N200或N100体系及其派生类别系的细粒子炭黑补强填充，硫化体系的原料采用传统普通硫化体系。
从橡胶本身性能来讲，传统OTR胎面胶配方的生胶体系中采用是为确保耐切割性能、耐磨性能、低生热性能的综合平衡，但其耐切割、耐撕裂性能并不突出；传统OTR胎面橡胶采用细粒子补强体系，虽然使胶料的抗胀强度提高，确保了胶料的耐磨性能优异，但其耐切割性能、耐撕裂性能不佳；传统OTR胎面橡胶因采用普通硫化体系，硫化橡胶的硫化是以一个或多个硫原子交联键为主的，硫化橡胶耐热抗降解能力很差。因此，传统的OTR胎面胎面材料耐切割性能较差，已经不能满足这些现代工程车辆的使用要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种耐切割的轮胎胎面橡胶配方及其制作方法。应用本发明的配方制作的轮胎可以使用在：地表、地下采矿、建筑等路面特别恶劣的环境下工作的装载机、轮式堆土机等工程机械上，可以有效地提高轮胎的抗切割、耐切削性能，并降低裂口延伸速度；延长其使用寿命。本发明是通过以下方案来实现的：
耐切割轮胎胎面橡胶配方，它包含有天然橡胶、中超耐磨炭黑、白碳黑、氧化锌与硬脂酸、防老化物质、尼龙短纤维特别粘合物质、半有效硫化体系组分物质；其特征在于它还包含有耐切割填充材料。
上述所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于所述耐切割填充材料为耐切割尼龙短纤维。
上述所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于它是由以下重量份的材料组成的：
天然橡胶：100份；
中超耐磨炭黑N220：40-50份；
白碳黑：20-35份；
氧化锌与硬脂酸：4-10份；
防老化物质：4-8份；
耐切割尼龙短纤维：1-5份；
尼龙短纤维特别粘合物质：1-5份；
半有效硫化体系组分物质：3-5份。
上述所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征还在于：所述的耐切割尼龙短纤维，其纤维长度L为0.01mm-100mm；且0.01mm≤L＜0.1mm的占总短纤维重量的25％-40％、0.1mm≤L＜1.0mm的占总短纤维重量的15％-50％、1.0mm≤L＜10mm的占总短纤维重量的10％-40％、10mm≤L≤100mm的占总短纤维重量的5％-20％。
上述所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征还在于：所述的半有效硫化体系组分物质中包含硫化剂与促进剂。
进一步地，上述所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征还在于：所述的半有效硫化体系组分物质中硫化剂与促进剂的重量比例为0.8∶1-1.2∶1。
更进一步地，上述所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征还在于：所述的半有效硫化体系组分物质中硫化剂与促进剂的重量比例为1∶1。
上述所述耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法，其特征在于包含以下混炼工艺步骤：
A、将全部的天然橡胶、一半的中超耐磨炭黑、一半的白碳黑、全部的氧化锌与硬脂酸放入混炼容器中进行反应，温度为150-165度、反应时间为2-3分钟；
B、将A步骤得到的混炼合成胶、另外一半的中超耐磨炭黑、另外一半的白碳黑、全部的防老化物质、全部的耐切割尼龙短纤维、全部的尼龙短纤维特别粘合物质放入混炼容器中进行反应，温度为150-165度、反应时间为2-3分钟；
C、将B步骤得到的混炼合成胶、半有效硫化体系组分物质放入混炼容器中进行反应；混炼温度为90-110度、反应时间为2-3分钟；
D、将C步骤得到的混炼合成胶冷却至室温；
E、将D步骤得到的混炼合成胶放入混炼容器中进行再反应，混炼温度为90-110度、反应时间为2-3分钟。
至此，完成了耐切割轮胎胎面橡胶的制作。
与传统OTR轮胎胎面橡胶配方比较，本发明耐切割轮胎胎面橡胶配方，半成品胶料物理机械性能得到显著改善，胶料拉伸强度由19-22MPa提高到21-24MPa，抗撕裂强度由原来的90kN/m提高的140kN/m，胶料硬度由原来的邵尔A 70度左右提高到79度左右，1万次试验后，耐曲挠裂口增长性能由原来的25％降低到10％左右。
在成品装车试验中进行试验对比，相同运营条件下，测试胎面冠部的磨损强度，即测量每毫米花纹深度的胎面橡胶的工作时间，由原来的平均13h/mm提高到20h/mm，轮胎使用寿命可提高达50％。
本发明的方法中仅采用了五个步骤，因此，生产的控制是相当简单的，成品率较高。
因此，本发明具有以下有益效果：可以有效地提高轮胎的抗切割、耐切削性能，并降低裂口延伸速度；延长其使用寿命。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1-实施例3为本发明耐切割轮胎胎面橡胶配方；实施例4-实施例6为耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法。
实施例1
耐切割轮胎胎面橡胶配方，它包含有天然橡胶、中超耐磨炭黑、白碳黑、氧化锌与硬脂酸、防老化物质、尼龙短纤维特别粘合物质、半有效硫化体系组分物质；其特征在于它还包含有耐切割填充材料；所述耐切割填充材料为耐切割尼龙短纤维。
所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于它是由以下重量份的材料组成的：
天然橡胶：100份；
中超耐磨炭黑N220：50份；
白碳黑：35份；
氧化锌与硬脂酸：10份；
防老化物质：8份；
耐切割尼龙短纤维：5份；
尼龙短纤维特别粘合物质：5份；
半有效硫化体系组分物质：5份。
而且所述的耐切割尼龙短纤维，其纤维长度L为0.01mm-100mm；且0.01mm≤L＜0.1mm的占总短纤维重量的25％-40％、0.1mm≤L＜1.0mm的占总短纤维重量的15％-50％、1.0mm≤L＜10mm的占总短纤维重量的10％-40％、10mm≤L≤100mm的占总短纤维重量的5％-20％。
所述的半有效硫化体系组分物质中包含硫化剂与促进剂，且半有效硫化体系组分物质中硫化剂与促进剂的重量比例为0.8∶1。
实施例2
耐切割轮胎胎面橡胶配方，它包含有天然橡胶、中超耐磨炭黑、白碳黑、氧化锌与硬脂酸、防老化物质、尼龙短纤维特别粘合物质、半有效硫化体系组分物质；其特征在于它还包含有耐切割填充材料；所述耐切割填充材料为耐切割尼龙短纤维。
所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于它是由以下重量份的材料组成的：
天然橡胶：100份；
中超耐磨炭黑N220：40份；
白碳黑：20份；
氧化锌与硬脂酸：4份；
防老化物质：4份；
耐切割尼龙短纤维：1份；
尼龙短纤维特别粘合物质：1份；
半有效硫化体系组分物质：3份。
而且所述的耐切割尼龙短纤维，其纤维长度L为0.01mm-100mm；且0.01mm≤L＜0.1mm的占总短纤维重量的25％-40％、0.1mm≤L＜1.0mm的占总短纤维重量的15％-50％、1.0mm≤L＜10mm的占总短纤维重量的10％-40％、10mm≤L≤100mm的占总短纤维重量的5％-20％。
所述的半有效硫化体系组分物质中包含硫化剂与促进剂，且半有效硫化体系组分物质中硫化剂与促进剂的重量比例为1∶1。
实施例3
耐切割轮胎胎面橡胶配方，它包含有天然橡胶、中超耐磨炭黑、白碳黑、氧化锌与硬脂酸、防老化物质、尼龙短纤维特别粘合物质、半有效硫化体系组分物质；其特征在于它还包含有耐切割填充材料；所述耐切割填充材料为耐切割尼龙短纤维。
所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于它是由以下重量份的材料组成的：
天然橡胶：100份；
中超耐磨炭黑N220：45份；
白碳黑：20-35份；
氧化锌与硬脂酸：7份；
防老化物质：6份；
耐切割尼龙短纤维：3份；
尼龙短纤维特别粘合物质：3份；
半有效硫化体系组分物质：4份。
而且所述的耐切割尼龙短纤维，其纤维长度L为0.01mm-100mm；且0.01mm≤L＜0.1mm的占总短纤维重量的25％-40％、0.1mm≤L＜1.0mm的占总短纤维重量的15％-50％、1.0mm≤L＜10mm的占总短纤维重量的10％-40％、10mm≤L≤100mm的占总短纤维重量的5％-20％。
所述的半有效硫化体系组分物质中包含硫化剂与促进剂，且半有效硫化体系组分物质中硫化剂与促进剂的重量比例为1.2∶1。
经过申请人的多次试验，发现上述所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方中，由以下重量份的材料组成的橡胶都能够达到设计的要求：
天然橡胶：100份；
中超耐磨炭黑N220：40-50份；
白碳黑：20-35份；
氧化锌与硬脂酸：4-10份；
防老化物质：4-8份；
耐切割尼龙短纤维：1-5份；
尼龙短纤维特别粘合物质：1-5份；
半有效硫化体系组分物质：3-5份。
与传统OTR轮胎胎面橡胶配方比较，本发明耐切割轮胎胎面橡胶配方，半成品胶料物理机械性能得到显著改善，胶料拉伸强度由19-22MPa提高到21-24MPa，抗撕裂强度由原来的90kN/m提高的140kN/m，胶料硬度由原来的邵尔A 70度左右提高到79度左右，1万次试验后，耐曲挠裂口增长性能由原来的25％降低到10％左右。
在成品装车试验中进行试验对比，相同运营条件下，测试胎面冠部的磨损强度，即测量每毫米花纹深度的胎面橡胶的工作时间，由原来的平均13h/mm提高到20h/mm，轮胎使用寿命可提高达50％。
实施例4
一种耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法，其特征在于包含以下混炼工艺步骤：
A、将全部的天然橡胶、一半的中超耐磨炭黑、一半的白碳黑、全部的氧化锌与硬脂酸放入混炼容器中进行反应，温度为150度、反应时间为2分钟；
B、将A步骤得到的混炼合成胶、另外一半的中超耐磨炭黑、另外一半的白碳黑、全部的防老化物质、全部的耐切割尼龙短纤维、全部的尼龙短纤维特别粘合物质放入混炼容器中进行反应，温度为150度、反应时间为2分钟；
C、将B步骤得到的混炼合成胶、半有效硫化体系组分物质放入混炼容器中进行反应；混炼温度为90度、反应时间为2分钟；
D、将C步骤得到的混炼合成胶冷却至室温；
E、将D步骤得到的混炼合成胶放入混炼容器中进行再反应，混炼温度为
90度、反应时间为2分钟。
实施例5
一种耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法，其特征在于包含以下混炼工艺步骤：
A、将全部的天然橡胶、一半的中超耐磨炭黑、一半的白碳黑、全部的氧化锌与硬脂酸放入混炼容器中进行反应，温度为155度、反应时间为2.5分钟；
B、将A步骤得到的混炼合成胶、另外一半的中超耐磨炭黑、另外一半的白碳黑、全部的防老化物质、全部的耐切割尼龙短纤维、全部的尼龙短纤维特别粘合物质放入混炼容器中进行反应，温度为155度、反应时间为2.5分钟；
C、将B步骤得到的混炼合成胶、半有效硫化体系组分物质放入混炼容器中进行反应；混炼温度为100度、反应时间为2.5分钟；
D、将C步骤得到的混炼合成胶冷却至室温；
E、将D步骤得到的混炼合成胶放入混炼容器中进行再反应，混炼温度为100度、反应时间为2.5分钟。
实施例6
一种耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法，其特征在于包含以下混炼工艺步骤：
A、将全部的天然橡胶、一半的中超耐磨炭黑、一半的白碳黑、全部的氧化锌与硬脂酸放入混炼容器中进行反应，温度为165度、反应时间为3分钟；
B、将A步骤得到的混炼合成胶、另外一半的中超耐磨炭黑、另外一半的白碳黑、全部的防老化物质、全部的耐切割尼龙短纤维、全部的尼龙短纤维特别粘合物质放入混炼容器中进行反应，温度为165度、反应时间为3分钟；
C、将B步骤得到的混炼合成胶、半有效硫化体系组分物质放入混炼容器中进行反应；混炼温度为110度、反应时间为3分钟；
D、将C步骤得到的混炼合成胶冷却至室温；
E、将D步骤得到的混炼合成胶放入混炼容器中进行再反应，混炼温度为110度、反应时间为3分钟。
至此，完成了耐切割轮胎胎面橡胶的制作。
经过申请人的多次试验，发现上述所述的耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法中，改变成以下工艺条件，同样能够生产出上述胎面橡胶：
所述的步骤A和B中，温度都为150-165度、反应时间都为2-3分钟。
所述的步骤C和E中，混炼温度都为90-110度、反应时间都为2-3分钟。
至此，完成了耐切割轮胎胎面橡胶的制作。
本发明的方法中仅采用了五个步骤，因此，生产的控制是相当简单的，成品率较高。
用本发明方法生产的耐切割轮胎胎面橡胶具有以下有益效果：可以有效地提高轮胎的抗切割、耐切削性能，并降低裂口延伸速度；延长其使用寿命。
本文具体说明了本发明示例性实施实例和目前的优选实施方式，应当理解，本发明构思可以按其他种种形式实施运用，它们同样落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.耐切割轮胎胎面橡胶配方，它包含有天然橡胶、中超耐磨炭黑、白碳黑、氧化锌与硬脂酸、防老化物质、尼龙短纤维特别粘合物质、半有效硫化体系组分物质；其特征在于它还包含有耐切割填充材料。
2.根据权利要求1所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于所述耐切割填充材料为耐切割尼龙短纤维。
3.根据权利要求1或2所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于它是由以下重量份的材料组成的：
天然橡胶：100份；
中超耐磨炭黑N220：40-50份；
白碳黑：20-35份；
氧化锌与硬脂酸：4-10份；
防老化物质：4-8份；
耐切割尼龙短纤维：1-5份；
尼龙短纤维特别粘合物质：1-5份；
半有效硫化体系组分物质：3-5份。
4.根据权利要求3所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于：所述的耐切割尼龙短纤维，其纤维长度L为0.01mm-100mm；且0.01mm≤L＜0.1mm的占总短纤维重量的25％-40％、0.1mm≤L＜1.0mm的占总短纤维重量的15％-50％、1.0mm≤L＜10mm的占总短纤维重量的10％-40％、10mm≤L≤100mm的占总短纤维重量的5％-20％。
5.根据权利要求4所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于：所述的半有效硫化物质中包含硫化剂与促进剂。
6.根据权利要求5所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于：所述的半有效硫化体系组分物质中硫化剂与促进剂的重量比例为0.8∶1-1.2∶1。
7.根据权利要求6所述的耐切割轮胎胎面橡胶配方，其特征在于：所述的半有效硫化体系组分物质中硫化剂与促进剂的重量比例为1∶1。
8.一种耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法，其特征在于包含以下混炼工艺步骤：
A、将全部的天然橡胶、一半的中超耐磨炭黑、一半的白碳黑、全部的氧化锌与硬脂酸放入混炼容器中进行反应，温度为150-165度、反应时间为2-3分钟；
B、将A步骤得到的混炼合成胶、另外一半的中超耐磨炭黑、另外一半的白碳黑、全部的防老化物质、全部的耐切割尼龙短纤维、全部的尼龙短纤维特别粘合物质放入混炼容器中进行反应，温度为150-165度、反应时间为2-3分钟；
C、将B步骤得到的混炼合成胶、半有效硫化体系组分物质放入混炼容器中进行反应；混炼温度为90-110度、反应时间为2-3分钟；
D、将C步骤得到的混炼合成胶冷却至室温；
E、将D步骤得到的混炼合成胶放入混炼容器中进行再反应，混炼温度为90-110度、反应时间为2-3分钟。
9.根据权利要求8所述的耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法，其特征在于步骤A及步骤B中的反应温度都为155度，反应时间都为2.5分钟。
10.根据权利要求8所述的耐切割轮胎胎面橡胶的制作方法，其特征在于步骤C及步骤E中的混炼温度都为100度，反应时间都为2.5分钟。
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