CN102234384A - Ipn交联结构的轮胎冠部胶胶料及其混炼方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及橡胶轮胎领域，尤其涉及一种轮胎冠部胶胶料及其混炼方法和应用。IIPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，该冠部胶胶料按重量份数计由包括以下组分的原料混炼制备得到：第一网络材料，100份，其中天然橡胶40～60份，丁苯胶20～40份，顺丁胶10～30份；第二网络材料：0.5～5份；助共融剂：0.8～10份；炭黑：40～60份；氧化锌：2～10份；硬脂酸：0.5～5份；软化剂：2～10份；防老剂：1～8份；微晶蜡：0.5～1.5份；硫磺：0.8～2份；硫化促进剂：0.8～3份；防焦剂：0.1～0.3份。本发明在保持传统的单一硫磺交联键各项物理性能与加工工艺性的同时，融入了IPN硫化网络键耐温度性好、耐剪切强度高、耐扭转变形能力大的优点，最大限度地提高了轮胎配方的使用性能。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶轮胎领域，尤其涉及一种轮胎冠部胶胶料及其混炼方法和应用。
背景技术
通常情况下，橡胶轮胎各部件的橡胶配方，主体材料以二烯类的天然橡胶或二烯类的合成橡胶为主，因此，在设计硫化体系时，多为硫磺硫化体系，在硫化交联时，其交联键多为单一的交联键，如在轮胎配方中使用最普遍的半有效与有效硫磺硫化体系，在硫化交联时，其交联键即是单一的“—ＳＸ—”键，（其中的“Ｘ”可以根据性能需要，为1～6等不同的数字）；又如橡胶杂件配方中偶而用到的过氧化物硫化体系，其交联键则是单一的“—Ｃ—Ｃ—”键等等。
IPN技术是利用化学或物理的方法，将二种或二种以上的不同性质、不同分子结构的高分子链互相交叉穿插而获得的高分子链缭绕混合体系，多应用于用溶液法或乳液法制得的薄膜或涂料中，而对于高粘弹性的高分子材料特别是橡胶材料的IPN技术,由于材料本身呈固态，因此，不可能使用溶液法、乳液法或近似的方法来完成IPN技术。
公开的IPN技术目前除了在高分子薄膜、高分子涂料上有试用的报道外，由于其加工工艺的技术难度及性能的不稳定性，未见有在轮胎配方中应用的任何报道，主要原因是，公开报道的IPN加工技术必须通过溶液渗透法、乳液共混法或近似的方法使几种不同结构的高分子分子链相互交叉穿插制得，且这种交叉穿插仅是物理緾绕，而这种制造方法在轮胎制造生产中是不可能实现的工艺，因为轮胎材料都是固体材料，在目前的生产工艺条件下是不可能用溶液渗透法、乳液共混法或近似的方法进行加工。
有关IPN的专利很多，典型的IPN专利，如J.卡特豪泽等人发明的专利《生产互穿聚合物网络IPN的方法,IPN及其用途》，涉及的技术是用溶剂法由单体聚合生产互穿聚合物网络的硅酮聚合物，技术涉及的是与轮胎无任何关联的硅酮聚合物的生产方法；又如李荣兴等人发明的专利《互穿网络弹性体组合物及制造相关弹性体产品的方法》，涉及的技术是用乳液法由单体聚合生产互穿聚合物网络的热塑性弹性体聚合物，技术涉及的也是与轮胎无任何关联的一种热塑性弹性体的生产方法；又如梅.格里菲思、李凤富等人发明的专利《互穿网络和相关方法及组合物》，涉及的技术是一种制备水凝胶材料的方法，不属轮胎领域；再如谢洪泉等人发明的专利《多功能网络互穿复合组合物》，涉及的技术是一种具有互穿聚合物网络的粘合剂，更与轮胎技术无关。
ＩＰＮ技术在高聚物分子膜上的应用有较多研究与专利，而在轮胎配方中的应用还未见任何专利与报道。主要原因是，公开报道的IPN加工技术必须通过溶液渗透法、乳液法或近似的方法使高分子分子链相互交叉制得，而这种方法在轮胎制造生产中是不可能实现的工艺。
发明内容
为了实现ＩＰＮ技术在轮胎配方中的应用，本发明的第一个目的是提供一种IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，该胶料加入了IPN硫化网络键耐温度性好、耐剪切强度高、耐扭转变形能力大的优点，最大限度地提高轮胎配方的使用性能；本发明的第二个目的是提供一种IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料的混炼方法；本发明的第三个目的是一种采用上述胶料的轮胎。
为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：
IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，该冠部胶胶料按重量份数计由包括以下组分的原料混炼制备得到：
第一网络材料，100份，其中天然橡胶40～60份，丁苯胶20～40份，顺丁胶10～30份；
第二网络材料，选用提供交联键的天然树脂或合成树脂以及合成树脂的单体：0.5～5份；
助共融剂：0.8～10份； 炭黑：40～60份；
氧化锌： 2～10份； 硬脂酸 ：0.5～5份；
软化剂： 2～10份； 防老剂：1～8份；
微晶蜡：0.5～1.5份； 硫磺： 0.8～2份 ；
硫化促进剂：0.8～3份； 防焦剂：0.1～0.3份。
作为优选，上述的冠部胶胶料按重量份数计由包括以下组分的原料混炼制备得到：
第一网络材料，100份，其中天然橡胶40～60份，丁苯胶20～40份，顺丁胶10～30份；
第二网络材料，选用提供交联键的天然树脂或合成树脂以及合成树脂的单体：1～4份；
助共融剂：1～5份； 炭黑：40～60份；
氧化锌： 3～5份； 硬脂酸 ：1～3份；
软化剂： 3～8份； 防老剂：1～8份；
微晶蜡：0.5～1.5份； 硫磺： 0.8～1.5份；
硫化促进剂：1～2份； 防焦剂：0.1～0.2份。
作为最优选，上述的冠部胶胶料按重量份数计由包括以下组分的原料混炼制备得到：
第一网络材料，100份，其中天然橡胶40～60份，丁苯胶20～40份，顺丁胶10～30份；
第二网络材料，选用提供交联键的天然树脂或合成树脂以及合成树脂的单体：1～3份；
助共融剂：2份； 炭黑：50份；
氧化锌：4份； 硬脂酸 ：2份；
软化剂：5份； 防老剂：3份；
微晶蜡：1份； 硫磺： 1.1份；
硫化促进剂：1.3份； 防焦剂：0.15份。
作为优选，上述的第二网络材料选用提供醚键、酰键、酰胺键或碳-碳键交联键的天然树脂和合成树脂以及合成树脂的单体中的一种或多种。
作为再优选，上述的第二网络材料选用烯醚、交联型酚醛树脂、双马来酸亚酰胺中的一种或多种。
助共融剂是促使天然橡胶和第二网络材料二者加快互融，作为优选，上述的助共融剂选用萜烯树脂和改性松香树脂中的一种或多种。
作为优选，上述的防老剂选用防老剂RD和防老剂4020，防老剂RD为0.5～1.5份，防老剂4020为1～3份。
作为优选，上述的促进剂选用促进剂NS和促进剂H，促进剂NS为1.0～1.5份，促进剂H为0.1～0.5份。
为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种上述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
（1）塑炼：在密炼机中加入天然橡胶，转速40～60转/分，加压30～50秒提砣，再加压30～40秒提砣，排胶；
（2）一段混炼：在密炼机中加入塑炼后的天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、第二网络材料和助共融剂，密炼机转速40～60转/分，加压50～70s提砣，然后,投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、微晶蜡和炭黑，加压，在温度达到120～130℃时提砣，加软化剂，致150～170℃时排胶；
（3）二段混炼：在密炼机中加入一段混炼胶，压上顶栓30～40秒 提砣，加压30～40s 提砣，30～50转/分排胶；
（4）加硫工艺：在密炼机中投入二段混炼胶，加入普通S、促进剂、防焦剂，转速20～40转/分，加压20～40秒提砣，排胶。
为了实现上述的第三个目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种轮胎，该轮胎的冠部胶采用上述任一一项技术方案所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料。
本发明由于采用了上述的技术方案，改变了传统轮胎橡胶配方中硫化交联键的单一性，可以采用二种或二种以上的交叉交联硫化网络，使得轮胎部件胶料硫化后，在保持传统的单一硫磺交联键各项物理性能与加工工艺性的同时，融入了IPN硫化网络键耐温度性好、耐剪切强度高、耐扭转变形能力大的优点，最大限度地提高了轮胎配方的使用性能。
本技术不仅发明了轮胎专用的具有IPN结构的轮胎冠部的专利配方，同时，本专利技术还解决了不采用溶液法或乳液法，而用特殊的工艺方法，即用特别的、熔融共混炼的、及分阶段混炼的方法，利用高分子材料共混时的内磨擦及内磨擦产生的温度，使高弹性固体橡胶出现粘流态，并在此时进行多组分的共混，有效地解决了对几种不同结构、不同性能的高粘度的轮胎用高分子材料分子链进行有效网络互穿的难题，使轮胎配方中的各高分子材料的分子链不仅具有物理交叉网络，又具有化学交叉交联，使得制品的性能稳定可控，部件性能有较大的提升，实现了IPN技术在轮胎配方中应用的零的突破。
具体实施方式
实施例1
IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，该胶料按重量份计由以下的成份组成：
| 天然橡胶 | 50 | 丁苯胶 | 30 |
| 顺丁胶 | 20 | 炭黑 | 50.0 |
| 萜烯树脂 | 2 | 交联型酚醛树脂 | 3.0 |
| 硬脂酸 | 2.0 | 氧化锌 | 4 |
| 防老剂4020 | 2.0 | 软化剂 | 5 |
| 微晶蜡517P | 1.0 | 防老剂RD | 1.0 |
| 普通S | 1.1 | 防焦剂CTP | 0.15 |
| 促进剂H | 0.3 | 促进剂NS | 1.2 |
上述的胶料的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
1) 塑炼：在密炼机中加入天然橡胶，转速50转/分，加压40秒提砣，再加压35秒提砣，排胶；
2) 一段混炼：在密炼机中加入塑炼后的天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、交联型酚醛树脂、萜烯树脂，密炼机转速50转/分，加压60s提砣，然后,投入湿氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、微晶蜡517P、分散剂和炭黑，加压，在温度达到125℃时提砣，加软化剂，致160℃时排胶；
3) 二段混炼：在密炼机中加入一段混炼胶，压上顶栓35秒 提砣，加压35s 提砣，40转/分排胶；
4) 加硫工艺：在密炼机中投入二段混炼胶，加入普通S、促进剂NS、促进剂H、防焦剂CTP，转速30转/分，加压30秒提砣，排胶。
实施例2
IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，该胶料按重量份计由以下的成份组成：
| 天然橡胶 | 50 | 丁苯胶 | 30 |
| 顺丁胶 | 20 | 炭黑 | 50.0 |
| 改性松香树脂 | 2 | 烯醚 | 1.0 |
| 硬脂酸 | 2.0 | 氧化锌 | 4 |
| 防老剂4020 | 2.0 | 软化剂 | 5 |
| 微晶蜡517P | 1.0 | 防老剂RD | 1.0 |
| 普通S | 1.1 | 防焦剂CTP | 0.15 |
| 促进剂DCP | 0.1 | 促进剂NS | 1.2 |
上述的胶料的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
1) 塑炼：在密炼机中加入天然橡胶，转速50转/分，加压40秒提砣，再加压35秒提砣，排胶；
2) 一段混炼：在密炼机中加入塑炼后的天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、烯醚、改性松香树脂，密炼机转速50转/分；加压60s提砣，然后,投入氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、微晶蜡517P、分散剂和炭黑，加压，在温度达到125℃时提砣，加软化剂，致160℃时排胶；
3) 二段混炼：在密炼机中加入一段混炼胶，压上顶栓35秒 提砣，加压35s 提砣，40转/分排胶；
4) 加硫工艺：在密炼机中投入二段混炼胶，加入普通S、促进剂NS、促进剂DCP、防焦剂CTP，转速30转/分，加压30秒提砣，排胶。
实施例3
IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，该胶料按重量份计由以下的成份组成：
| 天然橡胶 | 50 | 丁苯胶 | 30 |
| 顺丁胶 | 20 | 炭黑 | 50.0 |
| 萜烯树脂 | 2 | 双马来酸亚酰胺 | 1.0 |
| 硬脂酸 | 2.0 | 氧化锌 | 4 |
| 防老剂4020 | 2.0 | 软化剂 | 5 |
| 微晶蜡517P | 1.0 | 防老剂RD | 1.0 |
| 普通S | 1.1 | 防焦剂CTP | 0.15 |
| 促进剂DCP | 0.2 | 促进剂NS | 1.2 |
上述的胶料的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
1) 塑炼：在密炼机中加入天然橡胶，转速50转/分，加压40秒提砣，再加压35秒提砣，排胶；
2) 一段混炼：在密炼机中加入塑炼后的天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、双马来酸亚酰胺、萜烯树脂，密炼机转速50转/分；加压60s提砣，然后,投入氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、微晶蜡517P和炭黑，加压，在温度达到125℃时提砣，致160℃时排胶；
3) 二段混炼：在密炼机中加入一段混炼胶，压上顶栓35秒 提砣，加压35s 提砣，40转/分排胶；
4) 加硫工艺：在密炼机中投入二段混炼胶，加入普通S、促进剂NS、促进剂DCP、防焦剂CTP，转速30转/分，加压30秒提砣，排胶。
上述的实施例1、实施例2、实施例3试验结果数据和常规要求的数据如下表所示：
从上表可以看出实施例1、实施例2、实施例3的配方，相同主体生胶的本专利配方胶料的300%定伸应力、扯断强度、扯断伸长、耐磨性能明显高于常规配方的胶料，特别是专利配方胶料的耐磨性能老化后下降比例很小，甚至还略有提高，可见，相对于常规配方，专利配方胶料的物性具有明显优势。
实施例4
实施例1、实施例2或实施例3得到的混炼胶作为轮胎的冠部胶胶料制备轮胎。
Claims (10)
1.IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，其特征在于该冠部胶胶料按重量份数计由以下组分的原料混炼制备得到：
第一网络材料，100份，其中天然橡胶40～60份，丁苯胶20～40份，顺丁胶10～30份；
第二网络材料，选用提供交联键的天然树脂或合成树脂以及合成树脂的单体：0.5～5份；
助共融剂：0.8～10份； 炭黑：40～60份；
氧化锌： 2～10份； 硬脂酸 ：0.5～5份；
软化剂： 2～10份； 防老剂：1～8份；
微晶蜡：0.5～1.5份； 硫磺： 0.8～2份 ；
硫化促进剂：0.8～3份； 防焦剂：0.1～0.3份。
2.根据权利要求1所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，其特征在于该冠部胶胶料按重量份数计由以下组分的原料混炼制备得到：
第一网络材料，100份，其中天然橡胶40～60份，丁苯胶20～40份，顺丁胶10～30份；
第二网络材料，选用提供交联键的天然树脂或合成树脂以及合成树脂的单体：1～4份；
助共融剂：1～5份； 炭黑：40～60份；
氧化锌： 3～5份； 硬脂酸 ：1～3份；
软化剂： 3～8份； 防老剂：1～8份；
微晶蜡：0.5～1.5份； 硫磺： 0.8～1.5份；
硫化促进剂：1～2份； 防焦剂：0.1～0.2份。
3.根据权利要求1所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，其特征在于该冠部胶胶料按重量份数计由以下组分的原料混炼制备得到：
第一网络材料，100份，其中天然橡胶40～60份，丁苯胶20～40份，顺丁胶10～30份；
第二网络材料，选用提供交联键的天然树脂或合成树脂以及合成树脂的单体：1～3份；
助共融剂：2份； 炭黑：50份；
氧化锌：4份； 硬脂酸 ：2份；
软化剂：5份； 防老剂：3份；
微晶蜡：1份； 硫磺： 1.1份；
硫化促进剂：1.3份； 防焦剂：0.15份。
4.根据权利要求1或2或3所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，其特征在于：第二网络材料选用提供醚键、酰键、酰胺键或碳-碳键交联键的天然树脂和合成树脂以及合成树脂的单体中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，其特征在于：第二网络材料选用烯醚、交联型酚醛树脂、双马来酸亚酰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2或3所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，其特征在于：助共融剂选用萜烯树脂和改性松香树脂中的一种或多种。
7.根据权利要求1或2或3所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，其特征在于：防老剂选用防老剂RD和防老剂4020，防老剂RD为0.5～1.5份，防老剂4020为1～3份。
8.根据权利要求1或2或3所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料，其特征在于：促进剂选用促进剂NS和促进剂H，促进剂NS为1.0～1.5份，促进剂H为0.1～0.5份。
9.一种权利要求1或2或3所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料的混炼方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
（1）塑炼：在密炼机中加入天然橡胶，转速40～60转/分，加压30～50秒提砣，再加压30～40秒提砣，排胶；
（2）一段混炼：在密炼机中加入塑炼后的天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、第二网络材料和助共融剂，密炼机转速40～60转/分，加压50～70s提砣，然后,投入氧化锌、硬脂酸、防老剂、微晶蜡和炭黑，加压，在温度达到120～130℃时提砣，加软化剂，致150～170℃时排胶；
（3）二段混炼：在密炼机中加入一段混炼胶，压上顶栓30～40秒 提砣，加压30～40s 提砣，30～50转/分排胶；
（4）加硫工艺：在密炼机中投入二段混炼胶，加入普通S、促进剂、防焦剂，转速20～40转/分，加压20～40秒提砣，排胶。
10.一种轮胎，其特征在于该轮胎的冠部胶采用权利要求1或2或3所述的IPN交联结构的轮胎冠部胶胶料。
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