CN106543575A - 载重子午线轮胎气密层橡胶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，属于橡胶轮胎领域，能够用于载重子午线轮胎气密层，可以有效提高气密性，同时提高其他性能并降低生产成本。该载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，按照重量份数其由下述原料组成：基体橡胶100份、活性剂5.0～7.0份、炭黑30～40份、白炭黑10～25份、无机填充剂5.0～15份、纳米填料20～33份、软化剂3.0～5.0份、氧化镁0.8～1.5份、增粘树脂5.0～10份、烃类树脂混合物5.0～15份、硅烷偶联剂2.0～6.0份、硫化剂0.5～1.5份、促进剂1.0～2.0份、防焦剂0.1～0.5份。

Description

载重子午线轮胎气密层橡胶组合物
技术领域
本发明涉及橡胶轮胎领域，尤其涉及一种载重子午线轮胎气密层橡胶组合物。
背景技术
现代无内胎载重子午线轮胎的出现在很多方面要得益于具有良好气密性的气密层的发明和使用，气密层是无内胎载重子午线轮胎的一个关键部件，其主要作用是替代轮胎内胎密封空气，保证气压相对稳定，气密层的低透气性是很重要的。由于卤化丁基橡胶的透气系数小，具有良好的空气气密性，因此常常用在轮胎气密层中。虽然卤化丁基橡胶在降低空气泄漏量方面效果显著，但获得的橡胶组合物的滞后损失较大，并且所含卤化丁基橡胶的量越大，从而汽车的节油性能也越差。同时在使用过程中存在着卤化丁基橡胶价格昂贵，合成工艺复杂等缺点。
近年来，随着轮胎技术的发展和革新，对气密层提出了越来越高的要求，开发新的气密层是势在必行的。氯磺化聚乙烯橡胶具有优良的气密性，因此可以被用来在轮胎气密层中部分代替溴化丁基橡胶，同时降低生产成本，但未对气密层的研究带来革命性的改变。现今，新兴起的片状纳米材料给气密层的革新带来了新的契机，自问世以来受到了广泛关注。片状纳米材料具有与传统填料明显不同的力学性能和功能特性，添加到气密层中可以充分利用纳米片状结构的高阻隔性提高气密层的气密性，甚至可以在保证高气密性的前提下，减少轮胎气密层的厚度，从而降低轮胎重量，降低轮胎滚动阻力，实现节油环保。
但是片状纳米材料有多种，不同的纳米材料与不同的橡胶以及辅料配合过程中，气密性虽然提高，但是会出现其他方面性能下降或勉强保证同等的其他性能的情况。CN104262701A公开了含纳米填料的充气轮胎气密层组合物，其加入了纳米粘土，但是其虽然气密性提高，其他物理机械性能没有明显提升，由于其物理机械性能较低，仅适用于乘用车胎，而无法应用于载重子午线轮胎。因此，在选择相应片状纳米材料的同时提高胶料的物理机械性能以满足载重子午线轮胎的使用至关重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低透气率和良好加工工艺性能的橡胶组合物，用于载重子午线轮胎气密层，可以有效提高气密性，并降低生产成本。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，按照重量份数由下述原料组成：
基体橡胶100份、活性剂5.0～7.0份、炭黑30～40份、白炭黑10～25份、无机填充剂5.0～15份、纳米填料20～33份、软化剂3.0～5.0份、氧化镁0.8～1.5份、增粘树脂5.0～10份、烃类树脂混合物5.0～15份、硅烷偶联剂2.0～6.0份、硫化剂0.5～1.5份、促进剂1.0～2.0份、防焦剂0.1～0.5份。
进一步的，所述基体橡胶由天然橡胶、溴化丁基橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶组成，其中天然橡胶为5～15份，溴化丁基橡胶70～90份，氯磺化聚乙烯橡胶5～15份。
进一步的，上述活性剂中，含有预分散母粒氧化锌-80 2.0～5.0份，其余为硬脂酸。
进一步的，上述无机填充剂为轻质活性碳酸钙。
进一步的，上述纳米填料为具有片状纳米结构的硅酸铝填料。
进一步的，上述软化剂为环保芳烃油。
进一步的，上述增粘树脂为对叔辛基苯酚甲醛树脂。
进一步的，上述硫化剂为硫磺。
进一步的，上述促进剂为二硫化二苯并噻唑。
进一步的，上述防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。
相比于现有技术，本发明具有以下有益技术效果：
1、通过适当调整天然橡胶、溴化丁基橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶的用量，配合了新型的纳米填料即具有片状纳米结构的硅酸铝填料极大的提高轮胎的气密性。2、本发明的气密层橡胶组合物制备得到的气密层不仅具有良好的气密性，而且其他物理机械性能也有显著提高。3、本发明的气密层橡胶组合物成本较低，原料来源广泛，主要用于载重子午线轮胎气密层，能够在较低成本的前提下提高载重子午线轮胎的性能。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，按照重量份数其由下述原料组成：
基体橡胶100份、活性剂5.0～7.0份、炭黑30～40份、白炭黑10～25份、无机填充剂5.0～15份、纳米填料20～33份、软化剂3.0～5.0份、氧化镁0.8～1.5份、增粘树脂5.0～10份、烃类树脂混合物5.0～15份、硅烷偶联剂2.0～6.0份、硫化剂0.5～1.5份、促进剂1.0～2.0份、防焦剂0.1～0.5份。
在本发明的一优选实施例中，基体橡胶由天然橡胶、溴化丁基橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶组成，其中天然橡胶为5～15份，溴化丁基橡胶70～90份，氯磺化聚乙烯橡胶5～15份。本发明中，基体橡胶由天然橡胶、溴化丁基橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶组成。
气密层的基体橡胶是以透气性小的溴化丁基橡胶为主，它是通过对丁基橡胶加溴制备而成的，含溴量约为2％。气密层随溴化丁基橡胶的含量增加，透气性就变小，但引起与相邻接的不同种类橡胶的硫化粘着性下降，行驶中易离层，导致轮胎内层损坏。若气密层中溴化丁基橡胶含量低，不仅透气性会增大，而且气密层会因在行驶中的轮胎生热而产生硬化，使气密层失去橡胶弹性，容易产生屈挠龟裂，同样引起内层损伤。因此，采用重量(质量)配比，以100份基体橡胶计，基体橡胶中优选溴化丁基橡胶含量大于等于70份。
适当添加天然橡胶可提高胶料强度，改善加工性能和与胎体胶料的粘合性，但用量过大会导致气密性降低。因此，采用重量(质量)配比，以100份基体橡胶计，天然橡胶用量优选5～15份。
氯磺化聚乙烯橡胶是低密度聚乙烯或高密度聚乙烯经过氯化和氯磺化反应制得的一种特种橡胶。分子量一般在20000～30000之间，生胶门尼黏度为28～32，加工性能优异，其气密性相当于溴化丁基橡胶，并具有优异的耐老化性及耐高温性，和各类二烯烃橡胶有优良的相溶性。氯磺化聚乙烯橡胶代替部分溴化丁基橡胶在轮胎气密层中应用时，在保证胶料气密性的同时，还改善胶料的加工性能，降低配方成本。基体橡胶中氯磺化聚乙烯橡胶含量优选为小于15份，更优选为5.0～15份，超过15份气密层胶料粘度过低，半成品变形大。
在本发明的一优选实施例中，炭黑的品种和用量对气密层的气密性影响也较大，一般气密层采用炭黑N660补强，随着炭黑用量增大，透气性降低，但用量过大会影响胶料的自粘性和加工性能，优选用量为30～40份。为了获得更好的物理机械性能，并且降低生热，在气密层配方中还加入白炭黑，优选用量10～25份。为改善加工性能，降低成本，在保证气密性不降低的情况下，可并用部分碳酸钙作为无机填充剂，优选轻质活性碳酸钙。由于使用量过大时会导致气密层胶料机械性能下降，因此轻质活性碳酸钙优选用量为5.0～15份，具体的，活性碳酸钙的用量可以为5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15份。
在本发明的一优选实施例中，纳米填料优选片状的纳米硅酸铝，片状硅酸铝填料因其分散相的高形状系数和纳米尺寸效应而具有优异气体阻隔性。其片状结构平均直径为800～1200nm，厚度为30～50nm，高比表面积和宽厚比可有效阻碍气体分子在橡胶中的扩散，使其扩散路径大大增加，同时橡胶大分子链受到片状硅酸铝填料的限制，减缓了小分子在橡胶中的渗透和扩散，使其胶料具有很好的气密性。较大份数填充时，虽然片状的数目增多，但粘土片状的聚集体也增多，分散性变差，导致气密性提高的幅度逐渐减少，因此优选用量为20～33份，具体的，纳米填料的用量可以为20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33份。
在本发明的一优选实施例中，由于胶料中含有溴化丁基胶和氯磺化聚乙烯橡胶，考虑胶料的硫化速度要与周围的胶料接近，所以采用了少量的硫黄作为硫化剂和促进剂硫化体系，硫磺优选用量为0.5～1.5份，促进剂优选使用硫化速度快的促进剂二硫化二苯并噻唑(DM)，优选用量为1.0～2.0份。
在本发明的一优选实施例中，活性剂含有预分散母粒氧化锌-80 2.0～5.0份，其余为硬脂酸。氧化锌在胶料中既作活性剂又可作硫化剂，优选用量2.0～5.0份，通常并用硬脂酸。由于氧化锌在胶料混炼前期加入，有可能造成溴化丁基胶分子之间的交联，所以氧化锌一般在终炼时加入，但这样又造成了氧化锌的分散不均，所以优选使用分散性更好的氧化锌-80。
在本发明的一优选实施例中，为了便于加工和改善胶料的硫化性能，需加入一定量的操作油作为软化剂，但油的品种和用量均对胶料的气密性产生影响，油用量越多，透气性越大，优选品种为环保芳烃油，优选用量可以为3、4或5份。
在本发明的一优选实施例中，由于生胶体系并用多种橡胶，为提高不同橡胶间的相容性和配合剂的在橡胶中的分散性，提高胶料的加工性能，优选使用烃类树脂混合物5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15份。
在本发明的一优选实施例中，为保证在轮胎成型工艺中气密层的接头牢固，增粘树脂优选使用辛基酚醛增粘树脂，优选用量可以为5、6、7、8、9或10份。为防止胶料中Br2和H2起反应产生HBr，优选使用氧化镁，优选用量0.8～1.5份。加入硅烷偶联剂，能对白炭黑的分散和补强起到关键的作用，优选用量可以为2、3、4、5、6份。还可加入防焦剂，优选用量可以为0.1、0.2、0.3、0.4或0.5份。
各原料在上述配比范围内都能制造出气密性良好的用于载重子午线轮胎气密层的橡胶组合物，但可根据实际生产情况，适当调整各原料的配比范围，以达到不同要求的橡胶组合物，满足用户的不同需求。本发明用于载重子午线轮胎气密层的橡胶组合物，可采用现有的各种可行的制造方法进行制造。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，以下将结合具体实施例进行说明。
实施例1
载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，按照重量份数其由下述原料组成：
基体橡胶100份、活性剂6份、炭黑35份、白炭黑15份、无机填充剂10份、纳米填料30份、软化剂4份、氧化镁1.2份、增粘树脂6份、烃类树脂混合物10份、硅烷偶联剂3份、硫化剂1.0份、促进剂1.8份、防焦剂0.2份。
实施例2
载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，按照重量份数其由下述原料组成：
基体橡胶100份、活性剂6份、炭黑30份、白炭黑20份、无机填充剂15份、纳米填料20份、软化剂4份、氧化镁1份、增粘树脂6份、烃类树脂混合物12份、硅烷偶联剂4.0份、硫化剂0.7份、促进剂1.6份、防焦剂0.1份。
实施例3
载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，按照重量份数其由下述原料组成：
基体橡胶100份、活性剂5份、炭黑40份、白炭黑10份、无机填充剂5份、纳米填料33份、软化剂3份、氧化镁0.8份、增粘树脂5份、烃类树脂混合物5份、硅烷偶联剂2份、硫化剂0.5份、促进剂1份、防焦剂0.1份。
实施例4
载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，按照重量份数其由下述原料组成：
基体橡胶100份、活性剂7份、炭黑30份、白炭黑25份、无机填充剂15份、纳米填料20份、软化剂5份、氧化镁1.5份、增粘树脂10份、烃类树脂混合物15份、硅烷偶联剂6份、硫化剂1.5份、促进剂2份、防焦剂0.5份。
取实施例1和实施例2的组合物进行制备轮胎气密层，具体的组分及含量参见表1。
表1原料配比表
原材料 实施例1 实施例2 对比例
天然橡胶胶 15 10 15
溴化丁基橡胶 70 80 70
氯磺化聚乙烯橡胶 15 10 15
炭黑N660 35 30 45
白炭黑 15 20 /
轻质活性碳酸钙 10 15 10
纳米填料 30 20 /
空气阻隔剂NM360 / / 30
环保芳烃油 4.0 4.0 4.0
硅烷偶联剂 3.0 4.0 /
硬脂酸 2.0 2.0 2.0
氧化镁 1.2 1.0 1.2
氧化锌-80 4.0 4.0 4.0
烃类树脂混合物 10 12 10
辛基酚醛树脂 6.0 6.0 6.0
硫磺 1.0 0.7 1.0
促进剂DM 1.8 1.6 1.8
防焦剂CTP 0.1 0.1 0.1
合计 223.1 220.4 215.1
将上述制备得到的轮胎气密层进行性能测试，性能测试结果见表2。
表2典型性能测试结果表
通过表2可以看出，本发明的气密层橡胶组合物制备得到轮胎相对于对比例的组合物制备得到的轮胎不仅透气系数减小气密性提高，而且其拉伸强度、撕裂强度等部分物理机械性能有所提升，相比现有的仅能提高气密效果而保持其他性能不变的气密层组合物轮胎性能优异，尤其满足载重子午线轮胎的使用要求。

Claims (10)

1.载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，按照重量份数其由下述原料组成：
基体橡胶100份、活性剂5.0～7.0份、炭黑30～40份、白炭黑10～25份、无机填充剂5.0～15份、纳米填料20～33份、软化剂3.0～5.0份、氧化镁0.8～1.5份、增粘树脂5.0～10份、烃类树脂混合物5.0～15份、硅烷偶联剂2.0～6.0份、硫化剂0.5～1.5份、促进剂1.0～2.0份、防焦剂0.1～0.5份。
2.根据权利要求1所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，所述基体橡胶由天然橡胶、溴化丁基橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶组成，其中天然橡胶为5～15份，溴化丁基橡胶70～90份，氯磺化聚乙烯橡胶5～15份。
3.根据权利要求1或2所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，上述活性剂中，含有预分散母粒氧化锌-80 2.0～5.0份，其余为硬脂酸。
4.根据权利要求1或2所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，上述无机填充剂为轻质活性碳酸钙。
5.根据权利要求1或2所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，上述纳米填料为具有片状纳米结构的硅酸铝填料。
6.根据权利要求1或2所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，上述软化剂为环保芳烃油。
7.根据权利要求1或2所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，上述增粘树脂为对叔辛基苯酚甲醛树脂。
8.根据权利要求1或2所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，上述硫化剂为硫磺。
9.根据权利要求1或2所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，上述促进剂为二硫化二苯并噻唑。
10.根据权利要求1或2所述的载重子午线轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，上述防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。
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