CN103289143A - 节能轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及橡胶技术领域，具体地说是一种节能轮胎胎面橡胶组合物，以100重量份的天然橡胶为基准，以重量份计还包含：35～50份炭黑、5～15份白炭黑、2.5～3.0份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～3份硅烷偶联剂、1.0～5.0份酰胺基枝接炭黑改性剂、1～3份N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺防老剂、1～2份2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体防老剂、1～2份防护蜡、1～1.5份硫磺、1.0～1.5份硫化促进剂、0.1～0.3份防焦剂。本发明可以降低炼胶过程能耗、降低轮胎滚动阻力、提升轮胎磨耗性能，生产出节能轮胎。

Description

节能轮胎胎面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，具体地说是一种节能轮胎胎面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。据研究轮胎滚动阻力对车辆油耗性能影响较大，载重子午线轮胎胎冠配方与轮胎滚动阻力也有重要关系，对轮胎使用过程中的节能性也起到关键作用。轮胎制造耗能的40%由炼胶工艺组成，因此降低炼胶过程能耗可实现节能生产。
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，提供一种节能轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法，可以明显降低轮胎滚动阻力和炼胶过程中能耗、提高轮胎节能性能。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种节能轮胎胎面橡胶组合物，以100重量份的天然橡胶为基准，以重量份计还包含：
35～50份炭黑、5～15份白炭黑、2.5～3.0份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～3份硅烷偶联剂、1.0～5.0份酰胺基枝接炭黑改性剂、1～3份N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺防老剂、1～2份2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体防老剂、1～2份防护蜡、1～1.5份硫磺、1.0～1.5份硫化促进剂、0.1～0.3份防焦剂。
所述的炭黑是N234炭黑。
所述的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。
所述的防护蜡是莱茵蜡111。
所述的硫化促进剂是N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺。
所述的防焦剂是N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。
一种生产所述节能轮胎胎面橡胶的生产方法，包括下列步骤，其组分比例按重量份计：
Figure 2013102734749100002DEST_PATH_IMAGE002
天然胶碎胶：采用破碎机将大的冷胶块直接破碎至小碎块，然后将小碎块胶称量后投入密炼机；
Figure 2013102734749100002DEST_PATH_IMAGE004
密炼机混炼：转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa，首先将100份天然橡胶碎块投到密炼机混炼室，混炼10～20秒，35～50份炭黑、5～15份白炭黑、2.5～3.0份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～3份硅烷偶联剂、1.0～5.0份酰胺基枝接炭黑改性剂、1～3份N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺防老剂、1～2份2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体防老剂、1～2份防护蜡投到密炼机混炼室，继续混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，压砣混炼40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶；
Figure 2013102734749100002DEST_PATH_IMAGE006
串联密炼机混炼：密炼机混炼排胶至串联密炼机继续混炼，转子转速40～60rmp，无压砣，胶料温度保持在145～150℃，恒温混炼180秒，增加白炭黑与硅烷偶联剂的反应时间，混炼结束进行排胶；
Figure 2013102734749100002DEST_PATH_IMAGE008
开炼自动炼胶：串联密炼机混炼排胶至冷却开炼机，自动进行捣胶，开炼机转速20～40 rmp，捣胶时间150秒；胶片自动传递到加硫开炼机进行加硫，开炼机转速20～40 rmp，1～1.5份硫磺、1.0～1.5份硫化促进剂、0.1～0.3份防焦剂在360秒内按三次自动添加，加硫结束后，胶片继续捣胶360～480秒；胶片自动传递到出片开炼机，混炼结束进行排胶，即可得到本发明轮胎胎面胶成品。
本发明的有益效果是，可以降低炼胶过程能耗、降低轮胎滚动阻力、提升轮胎磨耗性能，生产出节能轮胎。
 
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天然橡胶为主，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N234炭黑，N234定伸应力、拉伸强度高，而白炭黑和硅烷偶联剂的使用，可进一步降低胶料生热又能降低轮胎的滚动阻力。白炭黑是沉淀型高结构Ⅰ类955#、175#。硅烷偶联剂是三乙氧基硅基四硫化物和惰性分散剂（1∶1）的混合物。酰胺基枝接炭黑改性剂是N，N-二甲基甲酰胺、丙酰胺的酰胺基类混合物。
由于橡胶、白炭黑、炭黑分别以C=C、Si-OH、-COOH为主要官能团，而硫为S8皇冠状结构，采用分子动力模拟的方法，研究橡胶-功能材料和功能材料-功能材料相互作用与微观结构；研究填充网络的分散构型与稳定性和打开与重建性能；在可选择的化合物范围内研究橡胶助剂的完善功能机制。
研究结果表明：在代表氢键类型的分子间氢键的强度和构型研究中，由于胺基属“一重氢键”结合能最低，所以该氢键最不稳定而容易发生断裂；而酰胺基属“三重氢键”，依靠其接近“共价键”的结合能而稳定性极强。表面改性枝接酰胺基的填料与橡胶稳定结合，极有效地增强了聚合体结合胶份额，避免了填料聚集包裹橡胶所产生的填料“有效体积”增大，并使填料分散均匀；为生产节能低滚阻轮胎提供了理论依据；采用控制填料表面改性枝接酰胺基与胺基的比例来控制“打开与重建能力部分与保持不变部分比例”，从而有效控制胶料tanδ；开炼机加硫磺的均匀分散和量控原理类同上述，而有效橡胶助剂的添加有助于完善填料和硫磺功能的发挥。
本发明工艺步骤，采用冷态碎胶均匀混合技术，取代传统橡胶烘胶工艺，降低烘胶能耗和提高胶料均匀性、串联式连续混炼技术，实现恒温炼胶，提高白炭黑及配合剂分散，提高轮胎节能性能。一次法多机自动开炼式低温混炼工艺技术，取代了原反复加热冷却密炼机炼胶工艺，较传统工艺提高生产效率200%以上，能耗降低27%。
1.下面结合实施例对本发明进行详细说明，但本发明并不局限于这些实施例。
一种生产所述节能轮胎胎面橡胶的生产方法，包括下列步骤，其组分比例按重量份计：
Figure 67817DEST_PATH_IMAGE002
天然胶碎胶：取消传统的烘胶工艺，而是采用专门设计的破碎机将大的冷胶块直接破碎至小碎块，同时解除橡胶的结晶现象，将不同厂家不同批次的胶块破碎后的碎块按一定比例进行均匀混合，然后将碎胶称量后投入密炼机。
Figure 890280DEST_PATH_IMAGE004
密炼机混炼：转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa，首先将100份天然橡胶碎块投到密炼机混炼室，混炼10～20秒，35～50份炭黑、5～15份白炭黑、2.5～3.0份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～3份硅烷偶联剂、1.0～5.0份酰胺基枝接炭黑改性剂、1～3份N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺防老剂、1～2份2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体防老剂、1～2份防护蜡投到密炼机混炼室，继续混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，压砣混炼40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶；
Figure 157313DEST_PATH_IMAGE006
串联密炼机混炼：密炼机混炼排胶至串联密炼机继续混炼，转子转速40～60rmp，无压砣，胶料温度保持在145～150℃，恒温混炼180秒，增加白炭黑与硅烷偶联剂的反应时间，混炼结束进行排胶；
Figure 293896DEST_PATH_IMAGE008
开炼自动炼胶：串联密炼机混炼排胶至冷却开炼机，自动进行捣胶，开炼机转速20～40 rmp，捣胶时间150秒；胶片自动传递到加硫开炼机进行加硫，开炼机转速20～40 rmp，1～1.5份硫磺、1.0～1.5份硫化促进剂、0.1～0.3份防焦剂在360秒内按三次自动添加，加硫结束后，胶片继续捣胶360～480秒；胶片自动传递到出片开炼机，混炼结束进行排胶，即可得到本发明轮胎胎面胶成品。
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。
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 100 100 100 100
N234 56 50 45 40
白炭黑   5 10 15
硅烷偶联剂   1.0 2.0 3.0
酰胺基枝接剂   2.5 3.0 3.0
氧化锌 3.0 3.0 3.0 3.0
硬脂酸 2.0 2.0 2.0 1.0
防老剂6PPD 1.5 1.5 1.5 1.5
防老剂RD 1.5 1.5 1.5 1.5
硫磺 1.0 1.2 1.2 1.2
硫化促进剂NS 1.2 1.2 1.2 1.2
防焦剂CTP 0.2 0.2 0.2 0.2
表2
  原配方 实施例1 实施例2 实施例3
邵尔A硬度/度 65 64 65 65
100%定伸应力/MPa 2.3 2.2 2.3 2.3
300%定伸应力/MPa 12.0 11.2 11.5 12.5
拉伸强度/MPa 27.1 28.0 27.9 28.5
扯断伸长率/% 555 541 533 527
撕裂强度/KN/m 100 111 117 118
60℃滞后损失/Tanδ 0.225 0.180 0.170 0.151
回弹性/% 50 56 59 64
轮胎滚阻系数N/KN 6.67 6.32 5.10 4.85
从配方示例可以看出，专利配方比原配方60℃滞后损失低—降低轮胎滚动阻力、轮胎滚阻测试滚阻系数明显降低。
本发明所得到产品工艺能耗如表3所示，原工艺能耗如表4所示。
表3
Figure 2013102734749100002DEST_PATH_IMAGE010
表4
Figure 2013102734749100002DEST_PATH_IMAGE012
节能炼胶工艺比原3段法节能19.3%，比原4段法节能38.1%。以载重子午线轮胎主要胶料平均3.35段计算：传统工艺耗电为0.4198(度/Kg)，采用节能炼胶工艺技术节能（0.4198-0.3063）/0.4198=27%，实现炼胶工序能耗降低27％。

Claims (7)

1.一种节能轮胎胎面橡胶组合物，以100重量份的天然橡胶为基准，以重量份计还包含：
35～50份炭黑、5～15份白炭黑、2.5～3.0份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～3份硅烷偶联剂、1.0～5.0份酰胺基枝接炭黑改性剂、1～3份N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺防老剂、1～2份2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体防老剂、1～2份防护蜡、1～1.5份硫磺、1.0～1.5份硫化促进剂、0.1～0.3份防焦剂。
2.根据权利要求1所述节能轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的所说的炭黑是N234炭黑。
3.根据权利要求1所述节能轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的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按重量比1∶1的混合物。
4.根据权利要求1所述节能轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的所说的防护蜡是莱茵蜡111。
5.根据权利要求1所述节能轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的所说的硫化促进剂是N-叔丁基-2-苯并噻唑磺酰胺。
6.根据权利要求1所述节能轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于所说的所说的防焦剂是N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。
7.一种生产权利要求1所述节能轮胎胎面橡胶的方法，包括下列步骤，其组分比例按重量份计：
Figure 2013102734749100001DEST_PATH_IMAGE002
天然胶碎胶：采用破碎机将大的冷胶块直接破碎至小碎块，然后将小碎块胶称量后投入密炼机；
Figure 2013102734749100001DEST_PATH_IMAGE004
密炼机混炼：转子转速40～60rmp，压砣压力0.6～0.7MPa，首先将100份天然橡胶碎块投到密炼机混炼室，混炼10～20秒，35～50份炭黑、5～15份白炭黑、2.5～3.0份氧化锌、1～3份硬脂酸、1～3份硅烷偶联剂、1.0～5.0份酰胺基枝接炭黑改性剂、1～3份N-(1,3-二甲丁基)-N’-苯基对苯二胺防老剂、1～2份2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体防老剂、1～2份防护蜡投到密炼机混炼室，继续混炼20～30秒，胶料温度达到120～130℃，提砣5～10秒，压砣混炼40～50秒，胶料温度为145～155℃，混炼结束进行排胶；
Figure 2013102734749100001DEST_PATH_IMAGE006
串联密炼机混炼：密炼机混炼排胶至串联密炼机继续混炼，转子转速40～60rmp，无压砣，胶料温度保持在145～150℃，恒温混炼180秒，增加白炭黑与硅烷偶联剂的反应时间，混炼结束进行排胶；
Figure 2013102734749100001DEST_PATH_IMAGE008
开炼自动炼胶：串联密炼机混炼排胶至冷却开炼机，自动进行捣胶，开炼机转速20～40 rmp，捣胶时间150秒；胶片自动传递到加硫开炼机进行加硫，开炼机转速20～40 rmp，1～1.5份硫磺、1.0～1.5份硫化促进剂、0.1～0.3份防焦剂在360秒内按三次自动添加，加硫结束后，胶片继续捣胶360～480秒；胶片自动传递到出片开炼机，混炼结束进行排胶，即可得到本发明轮胎胎面胶成品。
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