CN105367831B - 一种低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料及其制备方法 - Google Patents
一种低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，包括如下重量份的组分：天然橡胶40‑60份，顺丁橡胶40‑60份，炭黑25‑32份，白炭黑20‑30份，硅烷偶联剂TESPT 4‑6份，环保塑解剂0.1‑0.4份，硬脂酸2‑3份，氧化锌4‑6份，炭黑分散剂0‑2份，防老剂RD 0.5‑2份，防老剂4020 1‑3份，防护蜡1‑2份，硫磺S‑80 1‑3份，促进剂CZ‑80 1‑2.5份，防焦剂CTP‑80 0.2‑0.4份。上述胶料的混炼工艺采用一段+低温一次炼胶法，将制得胎面用于轮胎翻新后，汽车行驶过程中耗油量较常规翻新轮胎降低3％以上，阿克隆磨耗指数显著优于常用的低滚阻载重子午线轮胎胎面胶，翻新的总体配方成本降低。
Description
技术领域
本发明涉及翻新轮胎预硫化胎面生产及轮胎翻新领域，具体涉及一种预硫化翻新胎面胶料配方及其制备方法。
背景技术
美国环境保护署(EPA)提出了翻新轮胎Smartway认证标准，根据EPA对轮胎翻新技术的验证，低滚动阻力翻新轮胎用于长途运输类8级卡车，比正在广泛使用的翻新产品，可减少燃料消耗至少3％。因此降低胎面胶的滚动阻力，对广泛使用翻新轮胎产品的车辆降低燃油消耗，减少汽车尾气排放，降低大气污染，增加经济效益具有十分重要的意义。美国环境保护署(EPA)提出了翻新轮胎Smartway认证标准后，国际上一些知名企业如米其林、普利司通等的部分翻新胎产品先后通过了认证。
我国对翻新轮胎滚动阻力没有相关的法律法规，使用国内符合HG/T4323-2009《预硫化胎面》标准的胎面，翻新生产的翻新胎滚动阻力高，无法达到Smartway认证规定的滚动阻力系数(Cr)≤6.0的要求。在预硫化法生产的翻新轮胎中，胎面占翻新所用材料的90％以上，在轮胎所有部件中，胎面对滚动阻力的影响占50％以上，因此降低翻新轮胎滚动阻力，必须首先降低预硫化胎面胶料的滚动阻力。胎面胶的滚动阻力主要与胶料的回弹性、生热相关，回弹大、生热低的配方滚动阻力小，也可以用损耗因子tanδ来表征，60℃时的tanδ越小表明胶料的滚动阻力越低。
降低滚动阻力的配方技术在新轮胎中已被部分采用，见中国专利申请号：201310671438.8[一种低滚动阻力全钢子午线胎面胶配方及制备方法]，在胎面胶配方中顺丁胶用量一般不超过30份，白炭黑取代炭黑的量在30份以上，由于配方中使用了大量的白炭黑补强和较少比例的耐磨性能优异的顺丁橡胶，用于长途运输类卡车从动轮的耐磨性能明显低于炭黑补强和较大比例耐磨性优异的顺丁胶胎面胶的使用里程，虽然降低了轮胎的滚动阻力，减少了燃油消耗，但轮胎的使用寿命却相对降低，满足不了用于长途运输类卡车从动轮对轮胎使用寿命的要求。另外为降低滚动阻力，配方中采用大量的白炭黑取代炭黑进行补强，因极性的白炭黑比非极性的炭黑具有极强的凝聚性，按通常的混炼工艺进行加工十分困难，存在混炼胶分散不均、凝胶等现象；同时为提高耐磨性能，配方中并用耐磨性好的顺丁胶，当顺丁胶用量过大(超过40份)时，易出现因辊温的波动导致的胶料打滑而脱辊现象，如果采用传统混炼方法，就会导致胶料混炼吃粉慢，混炼不均、胶片表面凝胶严重，进一步增大了混炼加工的难度；加之混炼后的胶料，因回弹性高，收缩大，压出后的半成品尺寸的稳定性很差，不能满足工艺技术要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是设计一种滚动阻力低、耐磨性优良的胎面胶料配方，并设计与之相适应的最适宜的胶料混炼方法，应用于轮胎翻新所用的载重子午线轮胎从动轮预硫化胎面，使其达到轮胎使用里程高，滚动阻力低，节油降耗，减少汽车尾气对大气污染的目的。
本发明所采取的技术方案为：
一种低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，包括如下重量份的组分：天然橡胶40-60份，顺丁橡胶40-60份，炭黑25-32份，白炭黑20-30份，硅烷偶联剂TESPT 4-6份，环保塑解剂0.1-0.4份，硬脂酸2-3份，氧化锌4-6份，炭黑分散剂0-2份，防老剂RD 0.5-2份，防老剂40201-3份，防护蜡1-2份，硫磺S-801-3份，促进剂CZ-801-2.5份，防焦剂CTP-800.2-0.4份。
所述的天然橡胶，包括烟片胶1#，3#，不同国家生产的标准橡胶10#，20#，国标SCR5#，SCR10#，以及天然橡胶含量95％以上的复合橡胶。
作为优选，本方案所用的顺丁橡胶为高顺式顺丁橡胶，可以选用镍系顺丁橡胶或稀土顺丁橡胶，用量为40-60份；
作为优选，白炭黑选用高分散高结构白炭黑1165MP或833MP，其用量为20-25份；
作为优选，防老剂RD用量为1-1.5份；防老剂4020用量为1.5-2.5份；
作为优选，硫磺S-80用量为1.5-1.8份；促进剂CZ-80用量为1.6-2.2份。
上述胶料的制备方法包括一段混炼和低温一次法混炼工艺，具体步骤如下：
(1)一段混炼：将密炼机转速设定到50-60转/min，按比例将天然橡胶、顺丁橡胶及环保塑解剂加入到密炼机中，压上顶栓混炼20-40秒，然后依次加入硅烷偶联剂TESPT和白炭黑，压上顶栓，混炼至142-147℃，升上顶栓清扫3-5秒，压上顶栓混炼至150-155℃，升上顶栓清扫3-5秒，压上顶栓保持温度在145-155℃间，混炼80-100秒，排胶，冷却，得到一段母炼胶；
(2)低温一次法混炼：将密炼机转速设定到45-55转/min，将一段母炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、防老剂4020、防护蜡、炭黑分散剂加入到密炼机中，压上顶栓混炼20-30秒，将炭黑加入，压上顶栓混炼30-50秒，升上顶栓清扫3-5秒，压上顶栓混炼25-35秒，升上顶栓上到位，压上顶栓混炼25-30秒，开卸料门排胶，控制排胶温度150-155℃；密炼机排出的胶料进入到低温一次法开炼机上；密炼机排到开炼机上的胶料进行冷却混炼150-200秒，胶料温度降低至95-100℃时在开炼机上加入硫磺S-80，促进剂CZ-80，防焦剂CTP-80，待药品分散后，将开炼机辊距调整至1.8-2.4mm，进行倒胶混炼600-800秒，混炼结束开炼机排胶、下片，得到终炼胶。
上述混炼工艺中优选的工艺参数条件具体如下：
(1)一段混炼：将密炼机转速设定到55转/min，按比例将天然橡胶、顺丁橡胶及环保塑解剂加入到密炼机中，压上顶栓混炼20秒，然后依次加入硅烷偶联剂TESPT和白炭黑，压上顶栓，混炼至145℃，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓混炼至153℃，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓保持温度在150℃，混炼100秒，排胶，冷却，得到一段母炼胶；
(2)低温一次法混炼：将密炼机转速设定到50转/min，将一段母炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、防老剂4020、防护蜡、炭黑分散剂加入到密炼机中，压上顶栓混炼20秒，将炭黑加入，压上顶栓混炼40秒，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓混炼30秒，升上顶栓上到位，压上顶栓混炼25秒，开卸料门排胶，控制排胶温度150℃；密炼机排出的胶料进入到低温一次法开炼机上；密炼机排到开炼机上的胶料进行冷却混炼180秒，胶料温度降低至100℃时在开炼机上加入硫磺S-80，促进剂CZ-80，防焦剂CTP-80，待药品分散后，将开炼机辊距调整至2mm，进行倒胶混炼700秒，混炼结束开炼机排胶、下片，得到终炼胶。
本发明中混炼工艺的要点是：
一段混炼工艺中控制混炼温度145-155℃的总时间100-140秒，能够保证充分的白炭黑硅烷化反应，以达到最优的补强效果。
二段采用低温一次法混炼，密炼机混炼排胶温度控制到155℃以下，开炼机混炼时进行长时间(600-800秒)小辊距(1.8-2.4mm)低温(≤100℃)混炼，以保证白炭黑及药品的充分分散，打碎白炭黑凝胶，降低门尼粘度，改善胶料加工性能。
硫化体系药品使用的是预分散药品硫磺S-80、促进剂CZ-80和防焦剂CTP-80，预分散药品配合低温一次法工艺，减少了药品的飞扬损耗，并促进药品在胶料中的分散。
本发明设计了一种在保持低滚动阻力的前提下，进一步提高载重子午线轮胎从动轮翻新轮胎预硫化胎面的磨耗性能的配方；同时解决了因使用过量的白炭黑和顺丁胶，而造成的胶料混炼及压出困难的问题。
通过对翻新轮胎预硫化胎面胶配方的优化，适度增加耐磨性能优异和低滚动阻力良好的顺丁胶比例，由通常小于30份提高到40-60份，目的是提高胎面弹性、减少压缩生热，提高胎面胶耐磨性能，特别是弥补因使用大量白炭黑取代耐磨性优异的炭黑后磨耗性能下降的问题；白炭黑用量要适度，在保证轮胎低滚阻力的前提下取代炭黑的份数尽可能减少，其用量由通常的30份以上降低到20-25份，在满足低滚动阻力指标要求的同时，最大程度的提高胶料的磨耗性能。
通过对胶料混炼工艺的改进，由通常快速密炼机三段混炼法，改为一段+低温一次炼胶法，一段混炼保证白炭黑与硅烷偶联剂在145-155℃的硅烷化反应充分；低温一次法炼胶，通过低温和较小辊距剪切，解决了极性的白炭黑具有的凝聚性强、分散困难，及大比例顺丁胶对辊温波动敏感导致的胶料打滑脱辊，而出现的混炼胶分散不均、结团凝胶的难题，提高混料胶质量。
预硫化胎面硫化工艺是采用液压式平板硫化机生产的，其硫化压力高于新胎压力的2-3倍，它赋予预硫化胎面产品有更高的密实性和物理机械性能，根据从动轮胎的使用特性，本发明在用于从动轮全钢子午线轮胎翻新轮胎预硫化胎面胶配方设计中，加大了耐磨性能优异和低滚阻力良好的顺丁胶的用量至40-60份，白炭黑取代炭黑用量由通常的30份以上降低到20-25份。使制得的胶料回弹性大于62％，压缩生热(25min)试中温升小于32℃，阿克隆磨耗小于0.12cm3/1.61Km。将上述胎面胶用于载重子午线轮胎从动轮预硫化翻新轮胎中，较常规耐磨翻新胎面其滚动阻力降低25％以上，应用该配方翻新的295/75R22.5规格，RL515FE花纹产品滚动阻力系数(Cr)为4.9，远低于Swanrway认证Cr≤6.0的标准，并通过美国环保署Smartway认证。
本发明胶料用于载重子午线轮胎从动轮预硫化翻新轮胎中，根据美国环保署(EPA)对轮胎翻新技术的验证，汽车行驶过程中耗油量较常规翻新轮胎降低3％以上。
本发明胶料中顺丁胶用量高于常用配方，顺丁胶的价格低于天然胶的价格，总体配方成本低。
本发明胶料用于载重子午线轮胎从动轮预硫化翻新轮胎中，胎面胶的阿克隆磨耗指数显著优于常用的低滚阻载重子午线轮胎胎面胶。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
各实施例使用的材料用量如表1所示，并按照下述方法进行混炼：
(1)一段混炼：将F370密炼机转速调至55转/分，将天然橡胶、顺丁橡胶、环保塑解剂加入，压上顶栓混炼20秒，升上顶栓，开加料门加入硅烷偶联剂TESPT，关加料门，从密闭管道加入白炭黑1165MP，压上顶栓，混炼至145℃，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓混炼至153℃，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓保持温度150℃(通过PLC系统自动调节密炼机转速的方式保持混炼温度稳定)混炼100秒，开卸料门排胶；挤出机挤出下片，冷却建垛，得到一段母炼胶；
(2)低温一次法混炼：二段混炼选用低温一次法工艺进行混炼生产，将F270密炼机转速调至50转/分，将一段母炼胶，氧化锌、硬脂酸、防老剂、防护蜡、炭黑分散剂加入，压上顶栓混炼20秒，升上顶栓上到位，将炭黑加入，压上顶栓混炼40秒，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓混炼30秒，升上顶栓，压上顶栓混炼25秒，开卸料门排胶，控制排胶温度150℃；密炼机排出的胶料进入到低温一次法开炼机上。密炼机排到开炼机上的胶料进行冷却混炼180秒，胶料温度降低至100℃时在开炼机上加入硫磺S-80，促进剂CZ-80，防焦剂CTP-80，120秒后将开炼机辊距调整至2mm，进行倒胶混炼700秒，混炼结束开炼机排胶、下片，得到终炼胶。
对比配方按照现有技术中快速密炼机三段混炼法进行混炼，如中国专利申请201310671438.8中公开的混炼工艺。
表1 本发明实施例1-4及对比例配方
| 配方组份 | 对比配方 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 天然橡胶 | 70.0 | 60.0 | 54.0 | 47.0 | 40.0 |
| 顺丁橡胶 | 30.0 | 40.0 | 46.0 | 53.0 | 60.0 |
| N234炭黑 | 55.0 | 30.0 | 25.0 | 32.0 | 28.0 |
| 白炭黑1165MP | 22.0 | 25.0 | 20.0 | 23.0 | |
| 硬脂酸 | 3.0 | 2.0 | 2.5 | 2.2 | 3.0 |
| 氧化锌 | 4.5 | 5.0 | 4.0 | 6.0 | 5.2 |
| 硅烷偶联剂TESPT | 5.0 | 6.0 | 4.0 | 5.2 | |
| 环保塑解剂 | 0.2 | 0.2 | 0.4 | 0.1 | 0.3 |
| 芳烃油 | 5.0 | ||||
| 炭黑分散剂 | 1.5 | 2.0 | 1.0 | 1.5 | 1.8 |
| 防老剂4020 | 1.5 | 2.5 | 1.5 | 2.0 | 2.2 |
| 防老剂RD | 1.2 | 1.0 | 1.5 | 1.2 | 1.5 |
| 防护蜡 | 1.5 | 1.0 | 2.0 | 1.5 | 1.2 |
| 促进剂CZ | 1.4 | ||||
| 硫磺粉 | 1.2 | ||||
| 防焦剂CTP | 0.2 | ||||
| 促进剂CZ-80 | 1.8 | 1.6 | 2.2 | 2.0 |
| 硫磺粉S-80 | 1.5 | 1.8 | 1.6 | 1.8 | |
| 防焦剂CTP-80 | 0.3 | 0.2 | 0.2 | 0.4 | |
| 合计 | 176.2 | 174.3 | 174.4 | 173.0 | 175.6 |
对上述各实施例及对比例制得的胶料进行性能测试，其中：
物性测试硫化条件为：150℃×30min；
压缩生热测试条件为：1.0MPa，30Hz，25min，试中温升；
Tanδ@60℃测试条件为：RPA测试，7％应变，500cpm，温度扫描。
性能测试结果见表2。
表2 本发明实施例1-4及对比例胶料性能
| 测试项目 | 对比配方 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 |
| 门尼粘度ML(1+4)100℃ | 62 | 63 | 66 | 64 | 62 |
| 门尼焦烧127℃，T5，min | 27 | 25 | 26 | 23 | 27 |
| 拉伸强度MPa | 22.7 | 22.5 | 21.3 | 22 | 21.2 |
| 扯断伸长率％ | 489 | 502 | 477 | 511 | 527 |
| 100％定伸MPa | 2.1 | 2.3 | 2.4 | 2.0. | 1.9 |
| 300％定伸MPa | 11.2 | 10.9 | 11.5 | 10.6 | 10.5 |
| 撕裂强度KN/m | 76.7 | 79.0 | 75.3 | 72.4 | 75.7 |
| 硬度(邵尔A) | 66 | 67 | 65 | 66 | 66 |
| 阿克隆磨耗cm3/1.61km | 0.112 | 0.128 | 0.120 | 0.115 | 0.110 |
| 压缩疲劳温升℃ | 39.2 | 31.2 | 29.7 | 30.6 | 30.2 |
| Tanδ@60℃ | 0.266 | 0.162 | 0.156 | 0.158 | 0.154 |
对上述各实施例及对比例制得的胶料制得预硫化翻新胎面后，进行轮胎翻新制作，预硫化胎面花纹选择我公司产品SL26(拖车花纹，14.5mm)和RL515FE(拖车花纹，11.5mm)，胎体选用YOKOHAMA295/75R22.5RY617胎体，翻新后进行滚动阻力测试。
测试方法：按ISO 28580测力法进行测试；
实验条件：试验速度80km/h，试验气压720kpa，试验负荷23340N；
测试设备：STL滚动阻力试验机
表3 本发明实施例1-4及对比例胶料翻新胎滚动阻力测试数据
Claims (8)
1.一种低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，其特征在于，包括如下重量份的组分：天然橡胶40-60份，顺丁橡胶40-60份，炭黑25-32份，白炭黑20-25份，硅烷偶联剂TESPT 4-6份，环保塑解剂0.1-0.4份，硬脂酸2-3份，氧化锌4-6份，炭黑分散剂0-2份，防老剂RD 0.5-2份，防老剂4020 1-3份，防护蜡1-2份，硫磺S-80 1-3份，促进剂CZ-80 1-2.5份，防焦剂CTP-80 0.2-0.4份；
所述的低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料的制备方法，包括一段混炼和低温一次法混炼工艺，具体步骤如下：
（1）一段混炼：将密炼机转速设定到50-60转/min，按比例将天然橡胶、顺丁橡胶及环保塑解剂加入到密炼机中，压上顶栓混炼20-40秒，然后依次加入硅烷偶联剂TESPT和白炭黑，压上顶栓，混炼至142-147℃，升上顶栓清扫3-5秒，压上顶栓混炼至150-155℃，升上顶栓清扫3-5秒，压上顶栓保持温度在145-155℃间，混炼80-100秒，排胶，冷却，得到一段母炼胶；
（2）低温一次法混炼：将密炼机转速设定到45-55转/min，将一段母炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、防老剂4020、防护蜡、炭黑分散剂加入到密炼机中，压上顶栓混炼20-30秒，将炭黑加入，压上顶栓混炼30-50秒，升上顶栓清扫3-5秒，压上顶栓混炼25-35秒，升上顶栓上到位，压上顶栓混炼25-30秒，开卸料门排胶，控制排胶温度150-155℃；密炼机排出的胶料进入到低温一次法开炼机上；密炼机排到开炼机上的胶料进行冷却混炼150-200秒，胶料温度降低至95-100℃时在开炼机上加入硫磺S-80，促进剂CZ-80，防焦剂CTP-80，待药品分散后，将开炼机辊距调整至1.8-2.4mm，进行倒胶混炼600-800秒，混炼结束开炼机排胶、下片，得到终炼胶。
2.根据权利要求1所述的低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，其特征在于，所述的天然橡胶，包括烟片胶1#，3#，不同国家生产的标准橡胶10#，20#，国标SCR5#，SCR10#，以及天然橡胶含量95%以上的复合橡胶。
3.根据权利要求1所述的低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，其特征在于，所述顺丁橡胶为高顺式顺丁橡胶。
4.根据权利要求3所述的低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，其特征在于，所述高顺式顺丁橡胶为镍系顺丁橡胶或稀土顺丁橡胶。
5.根据权利要求1所述的低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，其特征在于，所述白炭黑选用白炭黑1165MP或833MP，其用量为20-25份。
6.根据权利要求1所述的低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，其特征在于，所述防老剂RD 用量为1-1.5份；防老剂4020用量为1.5-2.5份。
7.根据权利要求1所述的低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，其特征在于，所述硫磺S-80 用量为1.5-1.8份；促进剂CZ-80用量为1.6-2.2份。
8.根据权利要求1所述的低滚阻高耐磨翻新轮胎预硫化胎面胶料，其特征在于，包括一段混炼和低温一次法混炼工艺，具体步骤如下：
（1）一段混炼：将密炼机转速设定到55转/min，按比例将天然橡胶、顺丁橡胶及环保塑解剂加入到密炼机中，压上顶栓混炼20秒，然后依次加入硅烷偶联剂TESPT和白炭黑，压上顶栓，混炼至145℃，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓混炼至153℃，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓保持温度在150℃，混炼100秒，排胶，冷却，得到一段母炼胶；
（2）低温一次法混炼：将密炼机转速设定到50转/min，将一段母炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、防老剂4020、防护蜡、炭黑分散剂加入到密炼机中，压上顶栓混炼20秒，将炭黑加入，压上顶栓混炼40秒，升上顶栓清扫5秒，压上顶栓混炼30秒，升上顶栓上到位，压上顶栓混炼25秒，开卸料门排胶，控制排胶温度150℃；密炼机排出的胶料进入到低温一次法开炼机上；密炼机排到开炼机上的胶料进行冷却混炼180秒，胶料温度降低至100℃时在开炼机上加入硫磺S-80，促进剂CZ-80，防焦剂CTP-80，待药品分散后，将开炼机辊距调整至2mm，进行倒胶混炼700秒，混炼结束开炼机排胶、下片，得到终炼胶。
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