CN102634089A - 硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物及其生产方法 - Google Patents

硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物及其生产方法 Download PDF

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本发明涉及橡胶技术领域，具体地说是一种硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物及其生产方法，包含以下重量份计的原料：50～90份丁苯胶、10～50份天然橡胶、45～55份炭黑、15～25份白炭黑、2～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～4.5份硅烷偶联剂、2～5份耐切割树脂、10～20份芳烃油、1～3份防老剂N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺、1～2份防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、1～3.5份微晶蜡、1～2份硫磺、1.0～2.0份硫化促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺、0.5～1.0份硫化促进剂N,N-二苯胍、0.1～0.3份防焦剂。本发明可以明显提高硬质矿区轮胎的耐刺扎性能、耐掉块性能，提高轮胎硬质矿区轮胎使用安全性能和使用寿命。

Description

硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物及其生产方法
技术领域
 本发明涉及橡胶技术领域，具体地说是一种硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物。
背景技术
众所周知，载重子午线轮胎具有耐磨、节油、使用寿命高等优点，其优越的性能日益受到广大消费者的青睐，轮胎胎面部分直接与路面接触，因此应根据不同路面情况其胶料配方进行分型设计。传统技术中，载重子午线轮胎的胎面胶料中生胶体系以天然橡胶为主，填料体系以高结构炭黑N234为主，该配方适应于高速和普通路况，当应用于矿区路面，尤其是以铁、钼等硬质矿区路面时，轮胎胎面胶表现出不耐刺扎、胎面胶容易掉块、胶料撕裂性能差，严重时轮胎出现胎冠爆破，轮胎使用安全性能低、使用寿命短，传统产品明显不能满足当下硬质矿区使用要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物，可以明显提高硬质矿区轮胎的耐刺扎性能、耐掉块性能，提高轮胎硬质矿区轮胎使用安全性能和使用寿命。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物，以重量份计包含：50～90份丁苯胶、10～50份天然橡胶、45～55份炭黑、15～25份白炭黑、2～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～4.5份硅烷偶联剂、2～5份耐切割树脂、10～20份芳烃油、1～3份防老剂N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺、1～2份防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、1～3.5份微晶蜡、1～2份硫磺、1.0～2.0份硫化促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺、0.5～1.0份硫化促进剂N,N-二苯胍、0.1～0.3份防焦剂。
所述炭黑优选N231炭黑。
所述硅烷偶联剂优选三乙氧基硅基四硫化物和惰性分散剂以重量比为1∶1的混合物。
所述耐切割树脂优选TYC-0500。
所述防焦剂优选N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。
一种生产所述硬质矿区使用的轮胎胎面胶的方法，包括下列步骤，其组分比例按重量份计：
Figure 2012101315315100002DEST_PATH_IMAGE002
一段混炼：将50～90份丁苯胶、10～50份天然橡胶、15～25份白炭黑、2～4.5份硅烷偶联剂投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣压力0.4～0.5MPa，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到一段母胶；
Figure 2012101315315100002DEST_PATH_IMAGE004
第一次停放，将一段混炼得到一段母胶至于室内空气中冷却到室温；
Figure 2012101315315100002DEST_PATH_IMAGE006
二段混炼：将一段母胶与20～30份炭黑、2～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～4.5份硅烷偶联剂、2～5份耐切割树脂、5～10份芳烃油、1～3份防老剂N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺、1～2份防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、1～3.5份微晶蜡投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到二段母胶；
第二次停放，将二段混炼得到二段母胶至于室内空气中冷却到室温；
Figure 2012101315315100002DEST_PATH_IMAGE010
三段混炼：将二段母胶与20～25份炭黑、5～10份芳烃油投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到三段母胶；
Figure 2012101315315100002DEST_PATH_IMAGE012
第三次停放，将三段混炼得到三段母胶至于室内空气中冷却到室温；
Figure 2012101315315100002DEST_PATH_IMAGE014
终炼：将三段母胶和1～2份硫磺、1.0～2.0份硫化促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺、0.5～1.0份硫化促进剂N,N-二苯胍、0.1～0.3份防焦剂一起投到密炼机混炼室，转子转速20～30rmp，压砣压力0.5～0.6MPa混炼20～30秒，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，胶料温度为95～105℃，混炼结束进行排胶，即可得到胎面胶成品。
本发明的有益效果是，显著改善了白炭黑的分散，提高了白炭黑与橡胶的结合力；显著改善了硬质矿区用轮胎耐刺扎性能；显著改善了硬质矿区用轮胎耐掉块性能；提高硬质矿区用轮胎使用寿命50%～100%。
 
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
本发明在胎面胶配方中以丁苯橡胶为主、天然橡胶为辅并用配方，丁苯橡胶是不饱和非极性橡胶，具有较好弹性，但低于天然橡胶，丁苯橡胶Tg比天然橡胶高15℃，这说明丁苯橡胶的分子柔性低于天然橡胶，因为丁苯橡胶的分子链侧基是苯基和乙烯基，丁苯橡胶的大分子之间作用力大。它的耐磨性能优于天然橡胶，同时耐刺扎、耐龟裂性优于天然橡胶，天然橡胶综合性较好，具有较好的工艺粘性。本发明所用丁苯橡胶为国产丁苯橡胶SBR 1500、1502，天然橡胶为泰国生产的1#、3#烟片胶。
本发明的配方中补强体系采用炭黑是N231，使用低结构N231炭黑，定伸应力、拉伸强度、伸长率较N234炭黑较优良，胶料生热性能降低、抗蹦花掉块性能提高，缺陷机率降低。而白炭黑和硅烷偶联剂的使用，即可降低胶料生热又能提高胶料耐刺扎、耐撕裂性能。所述白炭黑优选沉淀型高结构Ⅰ类955#或175#。述硅烷偶联剂是三乙氧基硅基四硫化物和惰性分散剂（按重量比1∶1）的混合物。防老剂A物质是N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺。防老剂B物质是2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体。硫化促进剂A是N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺。硫化促进剂B是N,N-二苯胍。防焦剂是N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺产品。
   本发明的配方中耐切割树脂是TYC-0500，是一种新型的用于天然橡胶和合成橡胶的功能性树脂。有效增加胶料的粘性，并对加工性能具有优异的改良作用具有良好的动态性能和较高的模量，能有效提高胎面胶料的耐切割性能。
本发明的配方中高芳烃油用量，可以提高胶料伸长率，提高胶料对矿山的包络性能，能有效提高胎面胶料的耐切割性能。
本发明的生产方法包括下列步骤，其组分比例按重量份计：
Figure 537716DEST_PATH_IMAGE002
一段混炼：将50～90份丁苯胶、10～50份天然橡胶、15～25份白炭黑、2～4.5份硅烷偶联剂投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣压力0.4～0.5MPa，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到一段母胶；
Figure 454857DEST_PATH_IMAGE004
第一次停放，将一段混炼得到一段母胶至于室内空气中冷却到室温；
二段混炼：将一段母胶与20～30份炭黑、2～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～4.5份硅烷偶联剂、2～5份耐切割树脂、5～10份芳烃油、1～3份防老剂N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺、1～2份防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、1～3.5份微晶蜡投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到二段母胶；
Figure 442852DEST_PATH_IMAGE008
第二次停放，将二段混炼得到二段母胶至于室内空气中冷却到室温；
Figure 319541DEST_PATH_IMAGE010
三段混炼：将二段母胶与20～25份炭黑、5～10份芳烃油投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到三段母胶；
第三次停放，将三段混炼得到三段母胶至于室内空气中冷却到室温；
Figure 744059DEST_PATH_IMAGE014
终炼：将三段母胶和1～2份硫磺、1.0～2.0份硫化促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺、0.5～1.0份硫化促进剂N,N-二苯胍、0.1～0.3份防焦剂一起投到密炼机混炼室，转子转速20～30rmp，压砣压力0.5～0.6MPa混炼20～30秒，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，胶料温度为95～105℃，混炼结束进行排胶，即可得到胎面胶成品。
本发明工艺步骤，一段母胶混炼采用变速、变压混炼，可以增加白炭黑与硅烷偶联剂的反应时间，进一步提高白炭黑分散性能和综合性能；二段母胶混炼采用变速混炼，可以提高炭黑分散性能，改善提高胶料性能。
本发明所得到产品与原产品配方如表1所示，各项物理性能及成品使用性能参数对比如表2所示。防老剂A是N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺。防老剂B是2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体。硫化促进剂A是N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺。硫化促进剂B是N,N-二苯胍。防焦剂是N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺产品。
 
表1（本表中各原料含量单位为：重量份）
  原配方 实施例1 实施例2 实施例3
天然橡胶 100 50 30 10
丁苯橡胶   50 70 90
N234 50      
N231   55 50 45
白炭黑 7 15 20 25
芳烃油   10 15 20
硅烷偶联剂 1.0 2.0 3.0 4.5
氧化锌 3.5 2.0 3.0 5.0
硬脂酸 2.0 3.0 2.0 1.0
耐切割树脂TYC0500   2.0 3.0 5.0
防老剂物质A 1.0 1.0 2.0 3.0
防老剂物质B 1.0 2.0 1.5 1.0
微晶蜡 1.0 1.0 2.0 3.5
硫磺 1.0 1.0 1.5 2.0
硫化促进剂A 1.5 1.0 2.0 2.0
硫化促进剂B   1.0 0.5 0.5
防焦剂CTP 0.2 0.1 0.2 0.3
表2
  原配方 实施例1 实施例2 实施例3
邵尔A硬度/度 66 68 70 72
100%定伸应力/MPa 2.1 2.5 2.0 2.3
300%定伸应力/MPa 12.0 13.0 12.0 10.0
拉伸强度/MPa 26.0 24.5 23.0 22.0
扯断伸长率/% 470 590 630 670
撕裂强度/KN/m 85 125 115 120
阿克隆磨耗/ m3/1.61km 0.285 0.185 0.195 0.170
裂口增长(3.6万次)/% 67 35 27 21
回弹性/% 49 42 45 43
轮胎寿命(吉林大黑山钼矿)/天 30～45 60～80 65～85 70～90
从配方示例可以看出，本发明实施例配方比原配方硬度提高—提高轮胎耐刺扎、撕裂强度—提高轮胎耐切割性能、伸长率提高—提高轮胎耐掉块性能、阿克隆磨耗降低—提高轮胎耐磨性能，最终提高硬质矿区用轮胎使用寿命50%～100%。

Claims (6)

1.一种硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物，其特征是：包含以下重量份计的原料，50～90份丁苯胶、10～50份天然橡胶、45～55份炭黑、15～25份白炭黑、2～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～4.5份硅烷偶联剂、2～5份耐切割树脂、10～20份芳烃油、1～3份防老剂N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺、1～2份防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、1～3.5份微晶蜡、1～2份硫磺、1.0～2.0份硫化促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺、0.5～1.0份硫化促进剂N,N-二苯胍、0.1～0.3份防焦剂。
2.根据权利要求1所述硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的炭黑是N231炭黑。
3.根据权利要求1所述硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的硅烷偶联剂是三乙氧基硅基四硫化物和惰性分散剂以重量比为1∶1的混合物。
4.根据权利要求1所述硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的耐切割树脂是TYC-0500。
5.根据权利要求1所述硬质矿区使用的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的防焦剂是N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。
6.一种生产权利要求1所述硬质矿区使用的轮胎胎面胶的方法，包括下列步骤，其组分比例按重量份计：
一段混炼：将50～90份丁苯胶、10～50份天然橡胶、15～25份白炭黑、2～4.5份硅烷偶联剂投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣压力0.4～0.5MPa，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到一段母胶；
Figure 360257DEST_PATH_IMAGE002
第一次停放，将一段混炼得到一段母胶至于室内空气中冷却到室温；
Figure 2012101315315100001DEST_PATH_IMAGE003
二段混炼：将一段母胶与20～30份炭黑、2～5份氧化锌、1～3份硬脂酸、2～4.5份硅烷偶联剂、2～5份耐切割树脂、5～10份芳烃油、1～3份防老剂N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺、1～2份防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、1～3.5份微晶蜡投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到二段母胶；
Figure 842185DEST_PATH_IMAGE004
第二次停放，将二段混炼得到二段母胶至于室内空气中冷却到室温；
Figure 2012101315315100001DEST_PATH_IMAGE005
三段混炼：将二段母胶与20～25份炭黑、5～10份芳烃油投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，转子转速25～35rmp，混炼,40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶，得到三段母胶；
Figure 835549DEST_PATH_IMAGE006
第三次停放，将三段混炼得到三段母胶至于室内空气中冷却到室温； 
Figure 2012101315315100001DEST_PATH_IMAGE007
终炼：将三段母胶和1～2份硫磺、1.0～2.0份硫化促进剂N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺、0.5～1.0份硫化促进剂N,N-二苯胍、0.1～0.3份防焦剂一起投到密炼机混炼室，转子转速20～30rmp，压砣压力0.5～0.6MPa混炼20～30秒，提砣5～10秒，继续压砣混炼20～30秒，胶料温度为95～105℃，混炼结束进行排胶，即可得到胎面胶成品。
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