CN102653604A - 高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及橡胶技术领域，具体地说是一种高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物及其制备方法，以100重量份的天然橡胶为基准，以重量份计包含：50～60份炭黑、5～10份氧化锌、1～2份防老剂、1.0～1.5份钴盐、0.1～0.4份塑解剂、1.0～1.5份短纤维、1.0～1.5份间苯二酚给予体粘合剂、3.0～5.0份粘合剂RA、1.0～1.5份硫化促进剂、4.5～5.0份不溶性硫磺、0.1～0.3份防焦剂。本发明提高胎体过渡层胶料模量，降低胶料受力后的变形量，减少胶料蠕变，可以降低载重子午线轮胎使用中、后期内露丝肩空比例，降低内露丝肩空缺陷比例，提高轮胎使用安全性能和使用寿命。

Description

高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，具体地说是一种高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物及其制备方法。 
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，全钢丝子午线轮胎应用于矿区、沙场等恶劣运输条件下的运输车辆。由于使用条件恶劣和长时间超载使用，轮胎肩部损坏脱层造成了轮胎肩空，同时肩空对应胎里部位出现内露丝缺陷的现象，致使轮胎超载下的使用寿命显著下降。 
对缺陷轮胎进行分析：正常轮胎胎肩部位胎体帘线有一定的变形量；出现肩空内露丝轮胎胎体帘线都非常直，基本无变形量。 
分析产生肩空内露丝原因：一方面轮胎在高气压、高负荷的使用中，当轮胎硬度系数(轮胎负荷对印痕面积和气压乘积之比)远大于1时，轮胎气压不够用来承受全部负荷，其中部分负荷要由轮胎本身材料（橡胶和帘线）来承受，胎肩部位变形胎体钢丝有被拉伸拉直趋势，胎体钢丝与其周边胶料有蠕动、拉伸、剪切、压缩等复杂受力，同时过渡层胶料被压缩、剪切、拉伸产生胶料蠕变，轮胎长时间使用后过渡层胶料产生不可回复的永久变形，致使胎体帘布缓慢地与过渡层胶料发生剥离，造成内露丝肩空缺陷。另一方面，轮胎使用过程中，胎体帘线与过渡层胶料均受到内胎的侧向压缩，由于钢丝和橡胶的模量是几个数量级的差别，胎体钢丝压缩变形量要大大小于过渡层胶料变形量，两种材料的变形量差致使过渡层胶料同时要受到胎体钢丝的挤压、切割，轮胎长时间高气压、超载使用后胎体钢丝慢慢从胶料中抽出，产生内露丝肩空。 
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，提供一种高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物及其制备方法，提高胎体过渡层胶料模量，降低胶料受力后的变形量，减少胶料蠕变，可以降低载重子午线轮胎使用中、后期内露丝肩空比例，降低内露丝肩空缺陷比例，提高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：一种高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，以100重量份的天然橡胶为基准，以重量份计还包含：50～60份炭黑、5～10份氧化锌、1～2份防老剂、1.0～1.5份钴盐、0.1～0.4份塑解剂、1.0～1.5份短纤维、1.0～1.5份间苯二酚给予体粘合剂、3.0～5.0份粘合剂RA、1.0～1.5份硫化促进剂、4.5～5.0份不溶性硫磺、0.1～0.3份防焦剂。 
所述炭黑优选N326炭黑。 
所述防老剂优选N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺。 
所述钴盐优选环烷酸钴。 
所述塑解剂是塑解剂SJ－１０３，塑解剂SJ－１０３含有40%矿物质的五氯硫酚。 
所述短纤维物质优选改性芳纶短纤维Sulfron 3001。 
所述硫化促进剂优选N，N-二环已基苯骈噻唑次磺酰胺。 
所述防焦剂优选N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。 
一种生产所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶的方法，包括下列步骤，其组分比例按重量份计： 
Figure 993740DEST_PATH_IMAGE001
一段混炼：将100份天然橡胶、50～60份炭黑、0.1～0.4份塑解剂、1.0～1.5份短纤维投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼50～60秒，胶料温度达到125～135℃，提砣5～10秒，5～10份氧化锌、1～2份防老剂物质、1.0～1.5份钴盐、1.0～1.5份间苯二酚给予体粘合剂投到密炼机混炼室继续混炼20～30秒，胶料温度为145～150℃，保持胶料温度145～150℃混炼90混炼秒后进行排胶，得到一段母胶；
Figure 910881DEST_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 752935DEST_PATH_IMAGE003
二段混炼：将一段母胶投到密炼机混炼室，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 148144DEST_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 962516DEST_PATH_IMAGE005
终炼：将三段母胶和3.0～5.0份粘合剂RA、1.0～1.5份硫化促进剂、4.5～5.0份不溶性硫磺、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，即可得到本发明胎体过渡层胶成品。
本发明的有益效果是，提高胎体过渡层胶料模量，降低胶料受力后的变形量，减少胶料蠕变，可以降低载重子午线轮胎使用中、后期内露丝肩空比例，降低内露丝肩空缺陷比例，提高轮胎使用安全性能和使用寿命。 
图1是胎体过渡层胶料蠕变测试曲线。
图2是胎体过渡层胶料蠕变恢复曲线。
  
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述： 
本发明在胎体过镀层配方中以为天然橡胶主，天然橡胶综合性较好，具有较好的工艺粘性。天然橡胶为泰国生产的10#、20#标准橡胶。
本发明的配方中补强体系采用炭黑是N326，使用1.0～1.5份Sulfron 3001芳纶短纤维（其组分见表1），采用Sulfron 3001帝人改性芳纶短纤维，是一种柔性高分子材料，最显著的特性是高强度、高模量，其强度大于25克/旦，是优质钢材的5～6倍。配方中采用芳纶短纤维后，胎体过渡层胶料得到增强。防老剂N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺采用防老剂4020。粘合剂B-20-S为苯二酚给予体粘合剂。所述粘合剂RA是由改性三聚氰胺甲醛树脂与白碳黑等原料所制成的，采用粘合剂HMMM。不溶性硫磺是充油不溶性硫磺高热稳定型，采用HD-OT20。硫化促进剂N，N-二环已基苯骈噻唑次磺酰胺采用硫化促进剂DZ。防焦剂N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺产品采用防焦剂CTP。钴盐采用环烷酸钴。塑解剂SJ－１０３含有40%矿物质的五氯硫酚。 
本发明生产高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶的方法，包括下列步骤，其组分比例按重量份计： 
Figure 598028DEST_PATH_IMAGE001
一段混炼：将100份天然橡胶、50～60份炭黑、0.1～0.4份塑解剂、1.0～1.5份短纤维投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼50～60秒，胶料温度达到125～135℃，提砣5～10秒，5～10份氧化锌、1～2份防老剂物质、1.0～1.5份钴盐、1.0～1.5份间苯二酚给予体粘合剂投到密炼机混炼室继续混炼20～30秒，胶料温度为145～150℃，保持胶料温度145～150℃混炼90混炼秒后进行排胶，得到一段母胶；
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 788521DEST_PATH_IMAGE005
终炼：将三段母胶和3.0～5.0份粘合剂RA、1.0～1.5份硫化促进剂、4.5～5.0份不溶性硫磺、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，即可得到本发明胎体过渡层胶成品。
本发明工艺步骤，一段母胶混炼温度达到150℃时，采用恒温混炼，可增加表面改性芳纶短纤维与橡胶的反应时间，一方面提高其分散性能，另一方面提高其与橡胶结合性能，达到提高胶料模量、将低蠕变性能。 
本发明所得到产品与原产品配方如表2所示，各项物理性能及成品使用性能参数对比如表3、图1、图2所示。 
  
表1
Figure DEST_PATH_545279DEST_PATH_IMAGE006
表2（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 100 100 100 100
N326 48 53 55 58
氧化锌 12.0 10.0 8.0 5.0
防老剂4020 2.2 2.0 2.0 1.0
环烷酸钴 1.8 1.5 1.5 1.0
粘合剂B-20-S 2.0 1.2 1.3 1.5
Sulfron 3001   1.0 1.0 1.5
塑解剂SJ-103 0.2 0.4 0.2 0.1
粘合剂HMMM 3.0 3.5 4.0 5.0
HDOT20 5.5 5.0 5.0 4.5
硫化促进剂DZ 1.2 1.0 1.2 1.5
防焦剂CTP 0.1 0.1 0.1 0.3
表3
  原配方 实施例1 实施例2 实施例3
邵尔A硬度/度 72 73 75 77
100%定伸应力/MPa 5.0 5.2 5.3 5.6
300%定伸应力/MPa 18.5 19.0 19.4 20.0
拉伸强度/MPa 23.0 22.3 22.9 23.5
扯断伸长率/% 385 375 379 386
撕裂强度/KN/m 58 60 61 63
初始粘合力/N/根 1290 1233 1310 1333
热老化(100℃热空气老化7天)粘合力/N/根 1082 1101 1127 1199
盐水老化(10%NaCL溶液老化5天)粘合力/N/根 1008 1058 1101 1158
湿气老化(143℃蒸汽老化3天)粘合力/N/根 815 826 912 1112
回弹性/% 35 36 37 38
⑴ 在外力作用下产生的胶料应变量原配方＞实施例1＞实施例2＞实施例3，发明配方应变量明显降低，相同应力作用下，发明配方比原配方胶料应变量降低超过50%。
⑵ 蠕变恢复后胶料应变量原配方＞实施例2＞实施例1＞实施例3，说明改发明配方胶料具有较好的形变回复能力和受力变形小性能，材料尺寸稳定性得到很大提高。 
从配方示例可以看出，专利配方比原配方模量提高、蠕变降低、老化前后粘合力提高，最终使用降低轮胎肩空内露丝50%以上，使用效果较好。 

Claims (9)

1.一种高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，其特征是：以100重量份的天然橡胶为基准，以重量份计还包含，50～60份炭黑、5～10份氧化锌、1～2份防老剂、1.0～1.5份钴盐、0.1～0.4份塑解剂、1.0～1.5份短纤维、1.0～1.5份间苯二酚给予体粘合剂、3.0～5.0份粘合剂RA、1.0～1.5份硫化促进剂、4.5～5.0份不溶性硫磺、0.1～0.3份防焦剂。
2.根据权利要求1所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，其特征在于所说的炭黑为N326炭黑。
3.根据权利要求1所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，其特征在于所说的防老剂为N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺。
4.根据权利要求1所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，其特征在于所说的钴盐为环烷酸钴。
5.根据权利要求1所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，其特征在于所说的塑解剂是塑解剂SJ－１０３，SJ－１０３含有40%矿物质的五氯硫酚。
6.根据权利要求1所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，其特征在于所说的短纤维物质为改性芳纶短纤维Sulfron 3001。
7.根据权利要求1所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，其特征在于所说的硫化促进剂为N，N-二环已基苯骈噻唑次磺酰胺。
8.根据权利要求1所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶组合物，其特征在于所说的所述防焦剂优选N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。
9.一种生产权利要求1所述高模量低蠕变充气轮胎胎体过渡层橡胶的方法，其特征是：包括下列步骤，其组分比例按重量份计，
一段混炼：将100份天然橡胶、50～60份炭黑、0.1～0.4份塑解剂、1.0～1.5份短纤维投到密炼机混炼室，转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa混炼50～60秒，胶料温度达到125～135℃，提砣5～10秒，5～10份氧化锌、1～2份防老剂物质、1.0～1.5份钴盐、1.0～1.5份间苯二酚给予体粘合剂投到密炼机混炼室继续混炼20～30秒，胶料温度为145～150℃，保持胶料温度145～150℃混炼90混炼秒后进行排胶，得到一段母胶；
Figure 201210131525X100001DEST_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 201210131525X100001DEST_PATH_IMAGE006
二段混炼：将一段母胶投到密炼机混炼室，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 201210131525X100001DEST_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 201210131525X100001DEST_PATH_IMAGE010
终炼：将三段母胶和3.0～5.0份粘合剂RA、1.0～1.5份硫化促进剂、4.5～5.0份不溶性硫磺、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，即可得到本发明胎体过渡层胶成品。
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