CN105295128A - 高速节能轮胎胎面用橡胶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，属于轮胎和橡胶加工技术领域。该橡胶组合物包括如下组分：HVPBR100质量份，白炭黑10-50质量份，炭黑0-40质量份，硅烷偶联剂0-2.7质量份，白炭黑和炭黑的总量为50质量份。相对于传统的轮胎胎面用橡胶材料，本发明中含有支化结构的高乙烯基聚丁二烯不仅改善了白炭黑与橡胶材料的相容性，提高了加工性能，而且在保证优异的抗湿滑性能的前提下，降低了胎面的滚动阻力和动态生热，而不造成牵引力的明显损失，符合当今倡导的低碳经济的发展理念。

Description

高速节能轮胎胎面用橡胶组合物
技术领域
本发明涉及一种高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，属于轮胎和橡胶加工技术领域。
背景技术
上世纪九十年代，法国米其林公司提出绿色轮胎的概念，并致力于其研究工作。欧洲、美国和日本等各大轮胎公司相继加快了绿色轮胎的研制。所谓绿色轮胎是指可降低油耗并减少汽车废气排放量的轮胎，它已成为轮胎工业发展的主流。随着汽车向高速、安全、节能、舒适化方向的发展，对轮胎高性能化的要求也逐年提高，这就要求轮胎胎面具有良好的抗湿滑性能、优异的耐磨性、低的滚动阻力特性。自上世纪九十年代，白炭黑作为补强填料广泛应用于轮胎胎面配方中(见美国专利US475731)，它具有的不同于炭黑的高补强、低生热等优良特性使上述轮胎胎面要求的“魔鬼三角”性能较明显的得到平衡。
白炭黑是橡胶工业中仅次于炭黑的补强材料。其粒子细，比表面积大，具有较强的吸附性，因而可以增加橡胶制品的强度和抗老化性等性能。在轮胎中加入白炭黑，并与偶联剂一起使用，可降低胶料的生热和滞后性，降低轮胎的滚动阻力，节约燃料，减少汽车废气排放，增加轮胎的翻新次数，是生产绿色轮胎的理想材料。目前在生产低滚动阻力的轮胎时，多采用炭黑和白炭黑并用的配方，以取得最佳的性能/成本效果。
目前国内在轮胎胎面胶中应用白炭黑主要是为了提高胎面的耐切割和刺扎性能，还没有把降低滚动阻力放在主导地位。但是随着汽车产量和保有量的迅速发展，以及石油消费量的增加和石油价格的上涨，特别是国内已经开始大力提倡对能源和资源的节约，对降低轮胎滚动阻力、降低油耗的需求也将随之增加。所以，随着对环保和节能的日益重视，降低轮胎滚动阻力，节约汽车燃料消耗，降低汽车废气排放量，将成为人们的普遍要求。发展绿色轮胎，是世界轮胎工业发展的必然趋势，也将是我国轮胎工业发展的必然趋势。
“低碳经济”的发展方向对汽车工业的发展提出了更高的要求，国际对轮胎提出了新标识“燃油经济性、安全性和耐久性”等，要求汽车在高性能化的基础上兼具低排放。这对绿色轮胎橡胶新材料的研发提出了新的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，该组合物既具有低滚动阻力和低动态生热，又具有高抗湿滑性能，综合性能良好。
本发明所述的高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，以质量份数计，包括如下组分：
其中，白炭黑和炭黑的总质量份数为50份。
加工助剂、补强剂、填料按常规胎面胶性能要求配合加入；
优选的是：
所述的HVPBR采用钼系催化剂制备，其乙烯基结构含量＞80％，为无定形弹性体；门尼黏度ML100℃ 1+4为40-100；含有支化结构，支化因子﹤0.95。
所述的白炭黑为15-30质量份。
所述的炭黑种类为N220和/或N330，两者并用时的质量比为10-30:30-10。
所述的硅烷偶联剂为2-2.4质量份。
含有支化结构的高乙烯基聚丁二烯橡胶(HVPBR)，按照中国专利CN102372831B一种结构改性1,2聚丁二烯橡胶的制备方法所述方法合成。
现有高速轮胎通常采用丁苯橡胶SBR和顺丁橡胶BR、天然橡胶的二元或者三元并用，少数轮胎只采用溶聚丁苯橡胶SSBR，因为SSBR的抗湿滑性好，能保证轮胎的安全性，但生热过高，往往要加入BR来降低生热。单独用顺丁橡胶和天然橡胶做为高速轮胎胎面胶用材料的抗湿滑性不足，不能保证使用安全性。
HVPBR具有类似于丁苯橡胶(SBR)的高抗湿滑、耐老化性，同时具有顺丁橡胶的低生热等优异性能，且生产成本低。随着HVPBR中乙烯基的含量增加，HVPBR的高抗湿滑性和低滚动阻力得到提升。
加入白炭黑时选用偶联剂才能更好地将白炭黑在胶料中分散，增强其与胶料的相互作用。
因此，现有技术中高速轮胎用原料一般常常采用混合胶料制备，而本发明只采用含支化结构的1,2含量大于80％的HVPBR作为胶料，并且通过复配白炭黑或者白炭黑/炭黑，总用量为50份，使得HVPBR单独作为轮胎胎面胶料成为可能。
白炭黑与橡胶材料的共混性差，共混工艺相对复杂。与高乙烯基聚丁二烯橡胶相比，本发明中所用HVPBR中支化结构的存在很好地改善了橡胶材料与白炭黑之间的共混性，橡胶混炼过程中吃料性大大改善，加工性能得到提高，混炼时间明显缩短。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
相对于传统的轮胎胎面用橡胶材料(如SBR、BR、NR)，含有支化结构的高乙烯基聚丁二烯不仅改善了白炭黑与橡胶材料的相容性，提高了加工性能，而且在保证优异的抗湿滑性能的前提下，降低了胎面的滚动阻力和动态生热，而不造成牵引力的明显损失，符合当今倡导的低碳经济的发展理念。
附图说明
图1是本发明对比例1和实施例1-6的HVPBR硫化胶的DMA曲线图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例和对比例所用原材料如下：
HVPBR：纯度为99％以上，1,2％-含量85.8，1,4％-含量14.2，门尼粘度为70，齐鲁石化橡胶厂中试产品；
白炭黑：ZEOSIL165MPJ，青岛罗地亚生产；
硅烷偶联剂：Si-69；
其余加工助剂、炭黑、填料等均为橡胶轮胎厂常用材料。
对比例1：
配方见表1，N220为10份，N330为40份，其物理力学性能和老化性能见表2-3。HVPBR硫化胶的动态粘弹性数据见表4。硫化胶的DMA曲线见图1。
表1对比例1的硫化配方
原材料 用量(质量份数)
HVPBR 100
硬脂酸 2.5
氧化锌 5
防老剂4010NA 1.5
防老剂D 1
芳烃油 7
N220(中超耐磨炭黑) 10
N330(高耐磨炭黑) 40
硫磺 2
促进剂CZ 0.9
促进剂TMTD 0.1
实施例1
基本配方与对比例1一致，所不同的是N220/N330/白炭黑质量比例分别为10/30/10，其物理力学性能和老化性能见表2-3，HVPBR硫化胶的动态粘弹性数据见表4，硫化胶的DMA曲线见图1。
实施例2
基本配方与对比例1一致，所不同的是N220/N330/白炭黑质量比例分别为10/25/15，其物理力学性能和老化性能见表2-3，HVPBR硫化胶的动态粘弹性数据见表4，硫化胶的DMA曲线见图1。
实施例3
基本配方与对比例1一致，所不同的是N220/N330/白炭黑质量比例分别为10/20/20，其物理力学性能和老化性能见表2-3，HVPBR硫化胶的动态粘弹性数据见表4，硫化胶的DMA曲线见图1。
实施例4
基本配方与对比例1一致，所不同的是N220/N330/白炭黑质量比例分别为10/10/30，其物理力学性能和老化性能见表2-3，HVPBR硫化胶的动态粘弹性数据见表4，硫化胶的DMA曲线见图1。
实施例5
基本配方与对比例1一致，所不同的是N220/N330/白炭黑质量比例分别为10/0/40，其物理力学性能和老化性能见表2-3，HVPBR硫化胶的动态粘弹性数据见表4，硫化胶的DMA曲线见图1。
实施例6
基本配方与对比例1一致，所不同的是N220/N330/白炭黑质量比例分别为0/0/50，其物理力学性能和老化性能见表2-3，HVPBR硫化胶的动态粘弹性数据见表4，硫化胶的DMA曲线见图1。
表2对比例1和实施例1-6的HVPBR硫化胶的物理力学性能
表3对比例1和实施例1-6的HVPBR硫化胶的老化性能
表4对比例1和实施例1-6的HVPBR硫化胶的动态粘弹性数据
由表2可见，加入白炭黑后，胶料的门尼黏度增大，随着白炭黑从10-40份的增加，胶料的门尼黏度先减小后增大，在白炭黑的加入量为20(实施例3)时，门尼黏度达到一极小值，其和未加白炭黑的胶料接近。
当白炭黑的使用量为20-30(实施例3、4)份时，硫化胶具有较高的拉伸强度、撕裂强度、300％定伸应力和扯断伸长率。在使用量为30(实施例4)份时，其抗湿滑性能最好，这有利于提高轮胎的行驶安全性能。
由表3可以看出，经100℃×48h热空气老化后，与未加白炭黑的硫化胶相比，加入白炭黑后，硫化胶的拉伸强度和扯断伸长率明显增加，说明加入白炭黑可以明显提高硫化胶的耐热空气老化性能。当白炭黑用量为20(实施例3)份时，硫化胶的老化拉伸强度最大，相应的老化系数最小，扯断伸长率较高，相应的老化系数较小。综合分析，白炭黑用量为20(实施例3)份时的硫化胶的老化性能最好。
由图1可见，使用DMA对硫化胶试样进行温度扫描，从试样结果的损耗因子tanδ值来表征材料的动态力学性能，0℃时的tanδ值可以反映出材料的抗湿滑性，其值越大越好；30℃的tanδ值可以反映材料的抗干滑性，其值越大越好；60℃-80℃的tanδ值可以用来反映材料的滚动阻力，其值越小越好；此外DMA曲线的峰值也可以一定程度上来表征材料的玻璃化转变温度。
从表4中数据可知，N234/N330/白炭黑并用比为10/20/20(实施例3)的硫化胶胎面寿命较长、滚动阻力及生热较低、高速性能较优异、乘坐舒适性较好，可作为理想的胎面材料，其硫化胶0℃时tanδ较高，抗湿滑性较好，即湿牵引性能和湿操作性能较优异。
综合分析，N234/N330/白炭黑并用比为10/20/20(实施例3)的硫化胶综合流变性能较优异，更适合于轮胎胎面胶。
对比例2
配方同实施例3，硫化条件为160℃×45min，其物理力学性能和老化性能见表5-6。
实施例7
基本配方同对比例2，所不同的是，加入1.0份Si-69，其物理力学性能和老化性能见表5-6。
实施例8
基本配方同对比例2，所不同的是，加入1.6份Si-69，其物理力学性能和老化性能见表5-6。
实施例9
基本配方同对比例2，所不同的是，加入2.0份Si-69，其物理力学性能和老化性能见表5-6。
实施例10
基本配方同对比例2，所不同的是，加入2.4份Si-69，其物理力学性能和老化性能见表5-6。
实施例11
基本配方同对比例2，所不同的是，加入2.7份Si-69，其物理力学性能和老化性能见表5-6。
表5对比例2和实施例7-11的HVPBR硫化胶的物理力学性能
表6对比例2和实施例7-11的HVPBR硫化胶的老化性能
从表5可见，由于Si-69的加入，硫化胶的阿克隆磨耗和疲劳温升总体降低，说明硅烷偶联剂的加入能够明显降低胶料的磨耗量和生热，这对提高胎面胶的寿命和降低油耗是非常有利的。其中当硅-69含量为2.4(实施例10)时，硫化胶的磨耗量、疲劳温升最低。
从表6可见，加入Si-69后，其硫化胶的老化拉伸强度和断裂伸长率变差，老化后200％定伸应力增大。当Si-69用量为2.0(实施例9)份时，其老化后硫化胶的硬度降低，拉伸强度和扯断伸长率较大，综合来看，其耐老化性能最好。
综合分析，Si-69添加的质量份数为2.0-2.4时(实施例9,10)，硫化胶综合性能较优异，更适合于轮胎胎面胶。

Claims (5)

1.一种高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，其特征在于：以质量份数计，包括如下组分：
其中，白炭黑和炭黑的总质量份数为50份。
2.根据权利要求1所述的高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，其特征在于：HVPBR采用钼系催化剂制备，其乙烯基结构含量＞80％，为无定形弹性体；门尼黏度ML100℃ 1+4为40-100；含有支化结构，支化因子﹤0.95。
3.根据权利要求1所述的高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，其特征在于：白炭黑为15-30质量份。
4.根据权利要求1、2或3所述的高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，其特征在于：炭黑种类为N220和/或N330，两者并用时的质量比为10-30:30-10。
5.根据权利要求1所述的高速节能轮胎胎面用橡胶组合物，其特征在于：硅烷偶联剂为2-2.4质量份。
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