CN106117674A - 一种橡胶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种橡胶组合物，包括：大于零且小于等于15重量份的顺丁橡胶，15～55重量份的丁二烯苯乙烯共聚物，10～40重量份的沉淀二氧化硅，0～10重量份的补强炭黑；以所述橡胶组合物的重量份计，所述丁二烯苯乙烯中包括5～20重量份的乳聚丁二烯苯乙烯共聚物与10～35重量份的溶聚丁二烯苯乙烯共聚物。本申请通过添加上述组分且控制各组分的含量，上述组分协同作用，使得到的橡胶组合物用于轮胎胎面，提高了轮胎的湿地操控性能，降低了轮胎的滚动阻力，可确保轮胎行驶的情况下有效地缩短刹车距离及降低能耗的特性。

Description

一种橡胶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种橡胶组合物及其应用。
背景技术
轮胎是在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品，其通常安装在金属轮辋上，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能与缓冲性能。同时，轮胎还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。
轮胎通常由外胎、内胎与垫带三部分组成。外胎是由胎体、缓冲层、胎面、胎侧和胎圈组成。胎面作为与路面接触的橡胶层，其用来防止胎体受机械损伤和早期磨损，向路面传递汽车的牵引力和制动力，增加外胎与路面的抓着力以及吸收轮胎在运行时的震荡。
近年来，国内轮胎生产厂家越来越多，人们可选的轮胎也越来越多。随着汽车业的发展，汽车刹车距离与能耗的要求越来越严格，而汽车轮胎胎面直接影响着汽车的能耗与刹车距离。因此，轮胎的胎面混合物的湿抓性能及燃油性成为亟需解决的主要技术难题之一。传统高性能轮胎胎面橡胶使用高填充混合物，该种轮胎在使用过程中生热高、油耗大，难以实现轮胎的高抓地性能，降低汽车的油耗。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种橡胶组合物，本申请提供的橡胶组合物作为胎面橡胶的组合物，使轮胎具有较好的湿抓地性能与低滚动阻力性能。
有鉴于此，本申请提供了一种橡胶组合物，包括：
以所述橡胶组合物的重量份计，所述丁二烯苯乙烯中包括5～20重量份的乳聚丁二烯苯乙烯共聚物与10～35重量份的溶聚丁二烯苯乙烯共聚物。
优选的，所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯单元为所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中聚合单元的22.0～25.0wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为16.0～20.0wt％。
优选的，所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯单元为所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中聚合单元的26.0wt％～30.0wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为48.0wt％～56.0wt％。
优选的，所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，以所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物的重量百分比计，所述加工助剂的含量为25.8～28.8wt％，所述加工助剂为芳烃油；所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物的摩尼粘度为45.0～55.0。
优选的，所述补强填充剂为炭黑，所述炭黑的DBP吸油值为115.0～135.0ml/100g，碘吸收数为114～124mgI2/g。
优选的，所述沉淀二氧化硅的BET表面积为150～180m2/g，pH值为6.0～7.0。
优选的，所述顺丁橡胶的含量为2～10重量份。
优选的，所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物的含量为10～20重量份，所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物的含量为20～35重量份。
优选的，所述沉淀二氧化硅的含量为25～35重量份，所述补强填充剂的含量为2～10重量份。
本申请还提供了一种轮胎，所述轮胎的胎面橡胶为上述方案所述的橡胶组合物。
本申请提供了一种橡胶组合物，包括：大于零且小于等于15重量份的顺丁橡胶，15～55重量份的丁二烯苯乙烯共聚物，10～40重量份的沉淀二氧化硅，0～10重量份的补强炭黑；以所述橡胶组合物的重量份计，所述丁二烯苯乙烯共聚物中包括5～20重量份的乳聚丁二烯苯乙烯共聚物与10～35重量份的溶聚丁二烯苯乙烯共聚物。本申请的橡胶组合物中主体成分为顺丁橡胶、溶聚丁二烯苯乙烯共聚物与乳聚丁二烯苯乙烯共聚物，溶聚丁二烯苯乙烯共聚物具有高分子量且高玻璃化转变温度，乳聚丁二烯苯乙烯共聚物具有高分子量且较溶聚丁二烯苯乙烯共聚物低的玻璃化转变温度，而有利于橡胶组合物的湿抓地性能提高与滚动阻力指数降低；同时，本申请中的沉淀二氧化硅与补强填充剂的添加，也有利于提高湿抓地性能与降低滚动阻力指数。因此，本申请橡胶组合物中通过添加顺丁橡胶、溶聚丁二烯苯乙烯共聚物、乳聚丁二烯苯乙烯共聚物、沉淀二氧化硅与补强炭黑，使得到的橡胶组合物具有较高的湿抓地性能与较低的滚动阻力。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明实施例公开了一种橡胶组合物，包括：
以所述橡胶组合物的重量份计，所述丁二烯苯乙烯共聚物中包括5～20重量份的乳聚丁二烯苯乙烯共聚物与10～35重量份的溶聚丁二烯苯乙烯共聚物。
本申请的橡胶组合物中通过添加顺丁橡胶、丁二烯苯乙烯共聚物、沉淀二氧化硅与补强炭黑，上述组分协同作用，使橡胶组合物具有较好的湿抓地性能与较低的滚动阻力。
在申请中，所述顺丁橡胶为所述橡胶组合物的主体组分；其顺式结构的含量优选为96％以上。所述顺丁橡胶为本领域技术人员熟知的橡胶，其来源本申请没有特别的限制。本申请所述顺丁橡胶的含量大于零且小于等于15重量份，优选的，所述顺丁橡胶的含量为2～10重量份，更优选为3～7重量份。
本申请中所述丁二烯苯乙烯共聚物包括乳聚丁二烯苯乙烯共聚物(E-SBR)与溶聚丁二烯苯乙烯共聚物(S-SBR)，其中E-SBR具有高分子量且玻璃化转变温度低，S-SBR具有湿抓地性好但较E-SBR玻璃化转变温度高，上述两种不同形式的丁二烯苯乙烯共聚物使橡胶组合物具有较高的湿抓地性能指数。
本申请中，乳聚丁二烯苯乙烯共聚物(E-SBR)的含量为5～20重量份，优选为10～20重量份，更优选为10～15重量份。所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物为所述橡胶组合物的主体组分；所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯单元优选为所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中聚合单元的22.0～25.0wt％，更优选为23wt％～24wt％，最优选为23.5wt％；丁二烯单元中的乙烯基单元的含量优选为所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中聚合单元的16.0～20.0wt％，更优选为17.0～19.0wt％，最优选为18.0wt％。所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物为本领域技术人员熟知的橡胶，其来源本申请没有特别的限制。
本申请中，溶聚丁二烯苯乙烯共聚物(S-SBR)的含量为10～30重量份，优选为20～35重量份，更优选为25～35重量份。在溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯单元优选为所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中聚合单元的26.0wt％～30.0wt％，更优选为27.0wt％～29.0wt％，最优选为27wt％；所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，丁二烯单元中的乙烯基单元的含量优选为所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中聚合单元的48.0wt％～56.0wt％，更优选为50wt％～54wt％，最优选为52.0wt％。随着溶聚丁二烯苯乙烯共聚物(S-SBR)中乙烯基的含量增加，则含有溶聚丁二烯苯乙烯共聚物(S-SBR)的橡胶组合物的滚动阻力降低；反之乙烯基的含量降低，含有该溶聚丁二烯苯乙烯共聚物(S-SBR)的橡胶组合物的滚动阻力提高。溶聚丁二烯苯乙烯共聚物(S-SBR)中还含有25.8～28.8wt％加工助剂，所述加工助剂的含量优选为26.0wt％～28.0wt％，更优选为27.2wt％，所述加工助剂优选为芳烃油，可提高橡胶组合物的混合与挤出作业的稳定性。本申请所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物(S-SBR)在100℃的摩尼粘度优选为45.0～55.0，更优选为48.0～52.0，最优选为51.0，摩尼粘度的限定可提高橡胶组合物的混合、挤出作业稳定性。
在申请中，所述顺丁橡胶的含量过多、所述丁二烯苯乙烯共聚物的含量过少，则橡胶组合物的抓地性能较差，且老化后易损伤；所述顺丁橡胶的含量过低、丁二烯苯乙烯共聚物的含量过多，则橡胶组合物磨耗偏快，玻璃化温度高，低温下易掉块。
本申请所述橡胶组合物中还包括沉淀二氧化硅与补强填充剂，所述沉淀二氧化硅的含量为10～40重量份，在实施例中，所述沉淀二氧化硅的含量优选为25～35重量份，更优选为28～34重量份。随着沉淀二氧化硅含量增加，则抓地性能变好，沉淀二氧化硅含量减少，则抓地性能变差，本申请对所述沉淀二氧化硅的来源没有特别的限制。所述沉淀二氧化硅的BET表面积优选为150～180m2/g，pH值优选为6.0～7.0，沉淀二氧化硅的上述参数可改善橡胶混合物的混合加工性。
本申请中，所述补强填充剂可以为本领域技术人员熟知的填充剂，可以包括炭黑、粘土、云母、滑石、碳酸钙、氢氧化铝、氧化铝和二氧化钛中的一种或多种，所述补强填充剂优选为补强炭黑。所述炭黑优选由塔底油与反应炉内燃烧而成，其DBP吸油值优选为115.0～135.0ml/100g，碘吸收数为114～124mgI2/g。所述补强填充剂的含量为0～10重量份，在实施例中，所述补强填充剂的含量优选为2～10重量份，更优选为2～6重量份。所述补强填充剂的含量过多，则橡胶组合物的加工性变差，混合物硬度变高，磨耗指数急速变小，所述补强填充剂的含量过少，则橡胶组合物的刚性变差，轮胎的操控性差，磨耗指数变小。
按照本申请，所述橡胶组合物中还包括常用的添加助剂，例如：硅烷偶联剂、活性剂、防老剂、加工助剂、树脂增粘剂、加硫促进剂与加硫剂，其含量可适量添加，对此本申请没有特别的限制。
本申请对所述橡胶组合物的制备方法没有特别的限制，按照本领域技术人员熟知的制备方法制备即可。示例的，所述橡胶组合物的制备方法具体为：
将顺丁橡胶、丁二烯苯乙烯共聚物、沉淀二氧化硅与补强填料混合，优选加入偶联剂、加工助剂(芳烃油)与树脂增粘剂进行140～160℃的混炼，再加入防老剂、活性剂，最后加入促进剂与加硫剂在90～115℃进行最后混炼，得到橡胶组合物。
本申请还提供了橡胶组合物在轮胎胎面中的应用。
本发明提供了一种橡胶组合物，其包括顺丁橡胶、丁二烯苯乙烯共聚物、沉淀二氧化硅与补强填充剂，通过添加上述组分且控制各组分的含量，上述组分协同作用，使得到的橡胶组合物用于轮胎胎面，提高了了轮胎的湿地操控性能，降低了轮胎的滚动阻力，可确保轮胎行驶的情况下有效地缩短刹车距离及降低能耗的特性。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的橡胶组合物进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
按照表1中的比例，将顺丁橡胶、丁二烯苯乙烯共聚物、沉淀二氧化硅与补强炭黑、以及偶联剂、加工助剂(芳烃油)和树脂增粘剂混合，进行初步混炼；混炼的温度为140～160℃。
再加入防老剂与活性剂，再在140～160℃进行混炼，最后加入加硫促进剂与加硫剂进行混炼，混炼温度为90～115℃，得到橡胶组合物。检测本实施例制备的橡胶组合物的性能，检测结果如表2所示。
其中：乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯占全部聚合单元的23.5wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为18.0wt％；
溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯占全部聚合单元的27.0wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为52.0wt％，加工助剂的含量为27.2wt％，加工助剂为芳烃油；摩尼粘度ML(1+4)100℃为51.0；
补强炭黑的DBP吸油值为135.0ml/100g；碘吸收数为124mgI2/g；
沉淀二氧化硅的BET表面积为150m2/g，pH值为6.7-7.0。
实施例2
与实施例1制备方法相同，区别在于：橡胶组合物中的各组分的含量不同，具体如表1所示。
其中：乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯占全部聚合单元的23.5wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为18.0wt％；
溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯占全部聚合单元的27.0wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为52.0wt％，加工助剂的含量为27.2wt％，加工助剂为芳烃油；摩尼粘度ML(1+4)100℃为51.0。
补强炭黑的DBP吸油值为135.0ml/100g；碘吸收数为124mgI2/g；
沉淀二氧化硅的BET表面积为150m2/g，pH值为6.7-7.0。
检测本实施例制备的橡胶组合物的性能，检测结果如表2所示。
实施例3
与实施例1制备方法相同，区别在于：橡胶组合物中的各组分的含量不同，具体如表1所示。
其中：乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯占全部聚合单元的23.5wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为18.0wt％；
溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯占全部聚合单元的27.0wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为52.0wt％，加工助剂的含量为27.2wt％，加工助剂为芳烃油；摩尼粘度ML(1+4)100℃为51.0。
补强炭黑的DBP吸油值为135.0ml/100g；碘吸收数为124mgI2/g；
沉淀二氧化硅的BET表面积为150m2/g，pH值为6.7-7.0。
对比例
与实施例1制备方法相同，区别在于：橡胶组合物中的各组分的含量不同，具体如表1所示。
其中：乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯占全部聚合单元的23.5wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为18.0wt％；
溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯占全部聚合单元的35.0wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为18.0wt％，摩尼粘度ML(1+4)100℃为65；
补强炭黑的DBP吸油值为135.0ml/100g；碘吸收数为124mgI2。
检测本实施例制备的橡胶组合物的性能，检测结果如表2所示。
表1实施例与对比例制备的橡胶组合物的组分数据表
组合物号 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
顺丁橡胶 4.0 3.8 3.9 4.1
乳聚丁二烯苯乙烯共聚物 12.1 15.3 13.7 12.4
溶聚丁二烯苯乙烯共聚物1 — — — 24.9
溶聚丁二烯苯乙烯共聚物2 33.4 26.2 29.7 —
沉淀二氧化硅 31.6 33.6 32.6 —
补强碳黑 3.3 3.1 3.1 35.7
硅烷偶联剂 2.52 2.69 2.61 —
活性剂 1.21 1.14 1.18 1.25
防老剂 0.81 0.76 0.79 0.83
加工助剂(芳烃油) 7.1 9.6 8.4 16.6
树脂增粘剂 2.02 1.91 1.96 2.08
加硫促进剂 1.09 1.03 1.06 1.12
加硫剂 0.93 0.88 0.90 1.0
合计 100 100 100 100
表2实施例与对比例制备的橡胶组合物的性能数据表
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
邵尔A型硬度(度) 68 69 69 69
拉伸强度(MPa) 18.4 19.3 18.7 19.7
扯断伸长率(％) 380 370 380 490
300％定伸应力(MPa) 13.9 14.5 14.2 11.5
比重(g/cm3) 1.18 1.19 1.18 1.16
湿地抓地性能指数(↑) 136 110 118 100
滚动阻力指数(↑) 123 108 115 100
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种橡胶组合物，包括：
以所述橡胶组合物的重量份计，所述丁二烯苯乙烯中包括5～20重量份的乳聚丁二烯苯乙烯共聚物与10～35重量份的溶聚丁二烯苯乙烯共聚物。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯单元为所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物中聚合单元的22.0～25.0wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为16.0～20.0wt％。
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，苯乙烯单元为所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中聚合单元的26.0wt％～30.0wt％，丁二烯单元中的乙烯基的含量为48.0wt％～56.0wt％。
4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物中，以所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物的重量百分比计，所述加工助剂的含量为25.8～28.8wt％，所述加工助剂为芳烃油；所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物的摩尼粘度为45.0～55.0。
5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述补强填充剂为炭黑，所述炭黑的DBP吸油值为115.0～135.0ml/100g，碘吸收数为114～124mgI2/g。
6.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述沉淀二氧化硅的BET表面积为150～180m2/g，pH值为6.0～7.0。
7.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述顺丁橡胶的含量为2～10重量份。
8.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述乳聚丁二烯苯乙烯共聚物的含量为10～20重量份，所述溶聚丁二烯苯乙烯共聚物的含量为20～35重量份。
9.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述沉淀二氧化硅的含量为25～35重量份，所述补强填充剂的含量为2～10重量份。
10.一种轮胎，其特征在于，所述轮胎的胎面橡胶为权利要求1～9任一项所述的橡胶组合物。
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