CN102558624B - 一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，以重量配比计，其组分包括基体橡胶100份、活性剂5～8份、白炭黑40～80份、硅烷偶联剂4～8份、浅色橡胶油4～10份、促进剂1.5～3.5份、防老剂4～8份、硫化剂1～2份、抗静电剂5～8份、着色剂3～6份，其中基体橡胶由天然橡胶和稀土顺丁橡胶或天然橡胶、稀土顺丁橡胶和丁苯橡胶组成，白炭黑为高分散型沉淀法白炭黑，促进剂为促进剂CBS和促进剂DPG并用，防老剂为非污染型浅色抗臭氧剂、非污染型浅色抗氧剂及防老剂RD三者并用，硫化剂为硫黄，抗静电剂为聚醚类抗静电剂。由该橡胶组合物制备的胎面拉伸强度达25MPa，扯断伸长率500％以上；主要用于彩色载重子午线轮胎的胎面。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮胎胎面，包括由白炭黑补强的橡胶组合物，特别是涉及一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物。
更具体而言，本发明涉及一种主要由着色剂着色和白炭黑补强的用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物。
背景技术
近年来，燃油费用的增加与环保规则的制定增强了改善汽车业燃油经济性的需求。在燃油经济中，胎面橡胶组合物在轮胎各部件中占轮胎很大比例。正如已知的，高速、安全、舒适、节能等成为轮胎性能的基本要求，期望轮胎具有高抓着力(轮胎与地面特别是湿滑地面的摩擦力大)、低油耗(滚动阻力小)、低碳环保(二氧化碳排放减少)及优良耐磨性能。此外，传统轮胎均是黑色或单一色彩，不能给人们带来美感享受，随着汽车行业车辆专用化发展，如军车、消防车、环卫车、校车等对车辆轮胎的颜色有了新的要求。
彩色轮胎是采用彩色胶料替代传统黑色胶料的轮胎生产技术，具有美观、安全、节能、环保、耐用的特点。现有的彩色轮胎相对于黑色轮胎，由于它的耐磨性差，使用寿命短，不适用于载重汽车轮胎使用要求。此外，载重子午线轮胎胎面橡胶组合物通常由炭黑作为填充补强体系，白炭黑在载重子午线轮胎胎面胶中的应用均是与炭黑并用，单独使用白炭黑的技术存在混炼难度大、胶料物理机械性能不能满足载重子午胎的使用性能要求等问题。近几年特殊无机填充补强剂如高分散性白炭黑的出现，使其补强能力与传统轮胎用炭黑相近，这就促进了彩色载重轮胎的发展。
发明内容
本发明的任务在于提供一种具有优异的材料力学性能、良好的加工工艺性能的橡胶组合物，用于彩色载重子午线轮胎胎面可以提高轮胎使用性能。
其技术解决方案是：
一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，配合比例以重量计，其组分包括基体橡胶100份、活性剂5～8份、白炭黑40～80份、硅烷偶联剂4～8份、浅色橡胶油4～10份、促进剂1.5～3.5份、防老剂4～8份、硫化剂1～2份、抗静电剂5～8份、着色剂3～6份，其中基体橡胶由天然橡胶和稀土顺丁橡胶或天然橡胶、稀土顺丁橡胶和丁苯橡胶组成，活性剂由纳米氧化锌和硬脂酸组成，白炭黑为高分散型沉淀法白炭黑，硅烷偶联剂为液体硅烷偶联剂Si-69，浅色橡胶油为工业级白矿油，促进剂为促进剂CBS和促进剂DPG并用，防老剂为非污染型浅色抗臭氧剂、非污染型浅色抗氧剂及防老剂RD三者并用，硫化剂为硫黄，抗静电剂为聚醚类抗静电剂。
上述基体橡胶由天然橡胶和稀土顺丁橡胶组成，天然橡胶为65～90份，其余为稀土顺丁橡胶。
上述基体橡胶由天然橡胶、稀土顺丁橡胶和丁苯橡胶组成，天然橡胶为60～70份，稀土顺丁橡胶为15～20份，其余为丁苯橡胶。
上述稀土顺丁橡胶为钕系顺丁橡胶，顺式含量为98％以上。
上述活性剂中，纳米氧化锌为2～5份，其余为硬脂酸。
上述纳米氧化锌，包括粒径为100nm以下的一次粒子和粒径为100nm以上的一次粒子，其中粒径为100nm以下的一次粒子占80％，粒径为100nm以上的一次粒子占20％。
上述白炭黑的用氮气测定的BET表面积为120～200m2/g，对苯二甲酸二丁酯吸收值为2.00～3.50cm3/g，并且当该白炭黑分散在水中形成5％的水溶液时其pH值为5.0～8.0。
一种彩色载重子午线轮胎，包括由上述橡胶组合物制备的胎面。
本发明具有以下有益技术效果：
本发明的橡胶组合物一个方面的内容是补强填充体系全部采用浅色补强剂白炭黑，采用该橡胶组合物生产的轮胎胎面不但使用性能可以满足载重子午线轮胎的使用要求，而且具有燃油经济性。
本发明的橡胶组合物另一个方面的内容是该橡胶组合物可以采用着色剂进行着色，可以应用到彩色载重子午线轮胎的生产加工。
本发明的橡胶组合物，可以用本领域技术人员已知的各种方法如混炼、成型、硫化进行生产加工。
由本发明的橡胶组合物制备的轮胎胎面，其拉伸强度达25MPa，扯断伸长率500％以上，而且具有鲜艳的色彩。主要用于彩色载重子午线轮胎的胎面。
具体实施方式
本领域技术人员很容易明白，橡胶组合物可通过橡胶配合工艺进行配合，例如将各种橡胶与各种添加剂材料混合。所述的添加剂材料有：补强材料例如炭黑、白炭黑，硫化助剂如硫黄、促进剂、活性剂如氧化锌，加工助剂如橡胶油、增粘树脂、增塑剂，防护材料如抗氧化剂、抗臭氧剂、防护蜡，着色剂如色粉、色母料。
正如上文指出的，本发明的橡胶组合物的基体橡胶是由天然橡胶和稀土顺丁橡胶组成或由天然橡胶、稀土顺丁橡胶和丁苯橡胶组成。
本发明的彩色载重子午线轮胎胎面用橡胶组合物的基体橡胶中天然橡胶均采用标准烟片胶。采用重量(质量)配比，以100份基体橡胶计，基体橡胶中的天然橡胶的含量优选为大于等于60份。因为天然橡胶的含量不足60份时，橡胶的断裂强度和撕裂强度下降。
本发明的轮胎胎面用橡胶组合物的基体橡胶中丁苯橡胶可以使用低温乳液聚合生产的具有大约20～28％结合苯乙烯的较常规的苯乙烯含量的丁苯橡胶(SBR1502E)。基体橡胶中丁苯橡胶的含量(如果使用的话)优选为大于等于15份，因为添加量少，胎面橡胶组合物耐磨性能及耐裂口增长性能出现下降趋势。
本发明的轮胎胎面用橡胶组合物的基体橡胶中的稀土顺丁橡胶，如选用聚丁二烯橡胶，要求顺式-1，4-结构含量为96％以上时，耐屈挠疲劳性能较好，更优选顺式-1，4-结构含量98％以上。从使乙烯基键含量为1.5％以下的观点出发，优选使用以包含镧系稀土元素的化合物的催化剂为主要成分的催化剂而得到的高顺式1，4聚丁二烯。
本发明中，在聚丁二烯橡胶的聚合中适合使用的催化剂体系的成分为含有周期表的原子序号57-71的稀土元素的化合物、或这些化合物与路易斯碱的反应产物。这里，原子序号57-71的稀土元素中，优选钕、镨、铈、镧、钆等、或这些混合物，特别优选钕。
稀土催化剂合成的聚丁二烯(NdBR)具有极高的1，4-结构含量(顺式-1，4-结构质量分数甚至可达到98％以上)、极低的1，2-结构含量(质量分数小于1.0％)，支化度和凝胶含量极低，线型结构完美，玻璃化转变温度极低(-109℃)，具有高立构规整性的BR产品。
基体橡胶中稀土顺丁橡胶的含量优选15份以上，因为含有量少，胎面橡胶组合物耐磨性、动态性能的改善不明显。但，基体橡胶中稀土顺丁橡胶的含量也优选小于等于35份。
本发明的橡胶组合物应含有足量的白炭黑以提供合理的高定伸应力和耐撕裂性能。优选使用基体橡胶为100份时的白炭黑的含量为40～80份。
本发明优选使用的白炭黑为沉淀法白炭黑，其特征在于该白炭黑的BET表面积(用氮气测定)以大约100～250m2/g为宜，优选用大约120～200m2/g。对苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值为2.00～3.50cm3/g，并且当该白炭黑分散在水中形成5％的水溶液时其pH值为5.0～8.0。
本发明的胎面用橡胶组合物中含有上述的白炭黑，优选含有该白炭黑的同时添加硅烷偶联剂。作为硅烷偶联剂，可使用传统已知的硅烷偶联剂，基于良好的加工性考虑，优选使用三乙氧基硅基丙基四硫化物(Si-69)，一方面通过乙氧基与白炭黑表面硅烷醇基团缩合，另一方面通过硫化物断链与橡胶产生交联，对白炭黑的分散和补强起到关键的作用。硅烷偶联剂含量并无特别限制，但优选为白炭黑含量为40份时的硅烷偶联剂的含量在4份以上，硅烷偶联剂含量低时，出现胶料混炼时以及压出时的加工性能下降的趋势，同时耐屈挠疲劳性能也有下降的趋势。此外，白炭黑含量为80份时的硅烷偶联剂的含量优选在10份以下，更优选8份以下。超过10份时，胶料混炼时及压出时加工性能改善不明显，还导致部分硫化胶性能有变差的趋势。
另外，添加白炭黑分散助剂可以进一步提高白炭黑在橡胶组合物中的分散性能。基体橡胶中白炭黑分散剂的含量典型用量为1～5份，优选为1～3份。
由于富含白炭黑的橡胶组合物的导电性不好，导致胎面和胎圈之间的电阻变得很高，也就是说，轮胎整体成为绝缘体，因此，静电容易积累在汽车车体上。通过使用聚醚类抗静电剂，使橡胶制品表面电荷定向排列很快导出。基体橡胶中抗静电剂的含量典型用量为1～8份，优选为5～8份。
本发明中促进剂优选使用次磺酰胺类促进剂CBS(N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)和胍类促进剂DPG(二苯胍)并用，以提高和活化硫化胶的性能，这两种促进剂的结合使用对最终性能会产生协同作用，并且稍好于任何一种促进剂的单独使用。
加工助剂的典型用量为大约1～10份，上述加工助剂可以是包括例如芳烃、环烷烃和/或链烷烃浅色橡胶油，也可以是增粘树脂，所述的增粘树脂的典型用量大约为0.5～10份，通常大约为1～5份。防老剂为非污染型浅色抗臭氧剂、非污染型浅色抗氧剂及防老剂TMQ(2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉)三者并用，其中非污染型浅色抗氧化剂的典型用量为1～5份，非污染型浅色抗臭氧剂的典型用量为1～5份，通常为1～3份，防老剂TMQ的典型用量为1～5份，通常为1～3份。纳米氧化锌的典型用量为2～5份，硬脂酸的典型用量为0.5～3份。防护蜡的典型用量大约为1～5份，常常使用微晶蜡。硫黄硫化剂为0.5～4份，优选1.5～2.5份，有时优选2～2.5份。
基体橡胶中着色剂可选择无机颜料或有机颜料。无机颜料可选择单偶氮、重氮、酞菁、多环或金属络合物。有机颜料可选择碳酸盐、氧化物、硫化物、硫酸盐、硫硒化物、硅酸盐、亚铁氰化物、铬酸盐、钼酸盐、金属或合成混合氧化物。胎面橡胶组合物中着色剂可以为红色、黄色或蓝色，也可以根据本领域已知的方法将多种颜料混合以提供多种非黑颜色。胎面胶料中颜料的用量可以不同，取决于颜料的类型，但是通常可以为本领域已知的有效用量，以便为胶料提供色彩亮丽的外观。胎面橡胶组合物中全部颜料的用量可以为1～8份，优选为3～6份。
参考实施例可以更清楚的理解本发明。
实施例1
在本实施例中，基体橡胶采用天然橡胶、稀土顺丁橡胶和丁苯橡胶三胶并用。实施例的组合物各组分均按质量份计，具体组分见表1。橡胶组合物的混炼可以通过橡胶混炼的技术人员已知的方法进行。例如，一般将各组分用至少两个阶段进行混炼，该橡胶组合物的混炼过程是，用密闭炼胶机先对生胶塑炼3～4分钟，温度在160～170℃范围内排胶，完成一段塑炼胶的制备；胶片停放8小时后，再在密闭炼胶机中加入一段塑炼胶、合成胶、高分散性白炭黑以及除硫化体系外的所有配合剂，混炼3～4分钟在150～160℃范围内排胶，完成二段母炼胶的制备；胶片停放8小时后，在密闭炼胶机中加入二段母炼胶、所有硫化体系的配合剂，混炼2～3分钟温度在95～105℃范围内排胶，完成终炼胶的制备。再用小开炼机将终炼胶压成2.0mm厚的胶片，停放6小时后，用蒸汽平板硫化机在151℃温度下分别硫化20min、30min、40min试样。
按有关国家标准测试性能，另外，将橡胶组合物使用DMA/SDTA861e型动态热力学分析仪进行动态性能测试，采用剪切模式，测量频率为5Hz，加热速率为3℃/min，温度范围为-20℃～80℃，力的最大振幅为6N，位移的最大振幅为3um，预施加应力为0N。具体性能测试结果见表2。
实施例2
在本实施例中，基体橡胶采用天然橡胶和稀土顺丁橡胶并用。混炼方法如实施例1，待混炼好的胶料停放6小时后，用蒸汽平板硫化机在151℃温度下分别硫化20min、30min、40min试样。按相应国家标准进行各项性能测试。
表1
| 原材料 | 实施例1 | 实施例2 |
| RSS3# | 65 | 80 |
| 稀土顺丁胶 | 20 | 20 |
| SBR1502E | 15 | -- |
| 活性剂 | 5.5 | 5.5 |
| 高分散性白炭黑 | 70 | 70 |
| 液体硅烷偶联剂Si-69 | 5.8 | 5.8 |
| 浅色橡胶油 | 8 | 8 |
| 加工助剂 | 4 | 4 |
| 防老剂 | 5 | 5 |
| 硫化剂 | 1 | 1 |
| 促进剂 | 3 | 3 |
| 其它 | 10 | 10 |
表2
Claims (9)
1.一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，配合比例以重量计，其组分包括基体橡胶100份、活性剂5～8份、白炭黑40～80份、硅烷偶联剂4～8份、浅色橡胶油4～10份、促进剂1.5～3.5份、防老剂4～8份、硫化剂1～2份、抗静电剂5～8份、着色剂3～6份，其中基体橡胶由天然橡胶和稀土顺丁橡胶或天然橡胶、稀土顺丁橡胶和丁苯橡胶组成，活性剂由纳米氧化锌和硬脂酸组成，白炭黑为高分散型沉淀法白炭黑，硅烷偶联剂为液体硅烷偶联剂Si-69，浅色橡胶油为工业级白矿油，促进剂为促进剂CBS和促进剂DPG并用，防老剂为非污染型浅色抗臭氧剂、非污染型浅色抗氧剂及防老剂RD三者并用，硫化剂为硫黄，抗静电剂为聚醚类抗静电剂；由上述橡胶组合物制备的轮胎胎面，其拉伸强度达25MPa，扯断伸长率500%以上，而且具有鲜艳的色彩。
2.根据权利要求1所述的一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，其特征在于：所述基体橡胶由天然橡胶和稀土顺丁橡胶组成，天然橡胶为65～90份，其余为稀土顺丁橡胶。
3.根据权利要求2所述的一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，其特征在于：所述稀土顺丁橡胶为钕系顺丁橡胶，顺式含量为98%以上。
4.根据权利要求1所述的一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，其特征在于：所述基体橡胶由天然橡胶、稀土顺丁橡胶和丁苯橡胶组成，天然橡胶为60～70份，稀土顺丁橡胶为15～20份，其余为丁苯橡胶。
5.根据权利要求4所述的一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，其特征在于：所述稀土顺丁橡胶为钕系顺丁橡胶，顺式含量为98%以上。
6.根据权利要求1所述的一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，其特征在于：所述活性剂中，纳米氧化锌为2～5份，其余为硬脂酸。
7.根据权利要求6所述的一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，其特征在于：所述纳米氧化锌，包括粒径为100nm以下的一次粒子和粒径为100nm以上的一次粒子，其中粒径为100nm以下的一次粒子占80%，粒径为100nm以上的一次粒子占20%。
8.根据权利要求4所述的一种用于彩色载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物，其特征在于：所述白炭黑的用氮气测定的BET表面积为120～200m2/g，对苯二甲酸二丁酯吸收值为2.00～3.50cm3/g，并且当该白炭黑分散在水中形成5%的水溶液时其pH值为5.0～8.0。
9.一种彩色载重子午线轮胎，其特征在于包括由权利要求1至8任意一项权利要求所述的橡胶组合物制备的胎面。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Effective date of registration: 20210701 Address after: 66 Gangxing Avenue, Boli Town, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province Patentee after: QINGDAO DOUBLESTAR TIRE INDUSTRIAL Co.,Ltd. Address before: NO.666, Lianghe Road, Huangdao District, Qingdao City, Shandong Province 266400 Patentee before: Qingdao lunyun design and Research Institute Co.,Ltd. |
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