CN107163315A - 一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物。所述组合物包括下述组分：氧化还原法制得的石墨烯0.5‑3重量份，超耐磨炭黑40‑60重量份，白炭黑1‑15重量份。其制备方法，包括下述步骤：(1)以4‰的重量比例将石墨烯均匀混合在水溶液中，再与白炭黑在搅拌机中混匀，得到白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物；(2)将顺1,4‑聚异戊二烯橡胶，以及白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物等进行约2‑3min的混炼，直至橡胶温度达到160℃，即完成；(3)将上述橡胶加入氧化锌、硫磺和促进剂进行生产性混炼。有益效果：本发明采用氧化还原法制得的石墨烯、炭黑和白炭黑并用的补强体系，兼顾耐磨、耐切割和滚阻三方面的性能。

Description

一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
全钢丝子午线轮胎一般用于载重及工程机械车辆上。由于炭黑与橡胶具有高的物理吸附能力，带来了高的磨耗性能(磨耗性能是通过阿克隆磨耗试验机进行检测、衡量的，通常磨耗体积报道值越小，意味着耐磨性能越高)，因而被轮胎行业普遍用来作为补强填充体系的填料。但随着炭黑用量的增大，胶料的耐磨性能提升的同时，轮胎的生热也会相应增大，即滚动阻力上升(滚动阻力是通过动态热机械分析仪进行检测、衡量的，通常60℃的tanδ报道值越小，意味着滚动阻力越低)。白炭黑并用硅烷偶联剂的体系替换部分炭黑，与橡胶混合，能够大幅降低胶料的生热，改善轮胎的滚阻性能，因而被广泛应用到对滚阻性能要求高的全钢子午线轮胎。但是由于白炭黑的耐磨性能和耐切割性能不及炭黑，这使得轮胎的磨耗性能和耐切割性能(耐切割性能是通过切割试验机进行检测、衡量的，通常切割体积越小，意味着耐切割性能越高)下降。
因此，有必要提出有效的技术方案，解决上述问题。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物。该组合物兼顾耐磨、耐切割和滚阻三方面的性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物，所述组合物包括下述组分：氧化还原法制得的石墨烯0.5-3重量份，超耐磨炭黑40-60重量份，白炭黑1-15重量份。
优选地，所述组合物还包括下述组分：顺1,4-聚异戊二烯橡胶100重量份，硅烷偶联剂0.8重量份，防老剂3重量份，硬脂酸2重量份，氧化锌3.5重量份，硫磺1.5重量份和促进剂1重量份。
优选地，所述防老剂包括防老剂N(1,3二甲基丁基)-N’苯基对苯二胺1重量份，防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物1重量份，防老剂微晶蜡12重量份。
优选地，所述氧化还原法制得的石墨烯比表面积为2630m3/g，单层厚度为0.34nm，单层比例≥90％。本申请使得石墨烯极高的补强能力。使用本发明方法解决了超高的比表面积带来的加工困难、不易分散问题。
优选地，所述超耐磨炭黑高比表面积、易分散，具有高比表面积高结构度，吸碘值在110g/kg以上，DBP吸收值在115×10-5m3/kg以上，氮吸附比表面积在130×103m2/kg以上。
优选地，所述白炭黑的氮吸附比表面积在150×103m2/kg以上。
本发明还提供一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)以4‰的重量比例将石墨烯均匀混合在水溶液中，再与白炭黑在搅拌机中混匀，得到白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物；
(2)将顺1,4-聚异戊二烯橡胶，硅烷偶联剂，防老剂，硬脂酸，超耐磨炭黑，以及步骤(1)得到的白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物进行约2-3min的混炼，直至橡胶温度达到160℃，即完成；
(3)将步骤(2)得到的橡胶加入氧化锌、硫磺和促进剂进行1～3min的混炼，排胶温度不超过115℃。
进一步的，所述氧化还原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比为0.5:1-1:1。
有益效果：本发明采用氧化还原法制得的石墨烯、炭黑和白炭黑并用的补强体系，兼顾耐磨、耐切割和滚阻三方面的性能。
具体实施方式
本发明涉及一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物，所述组合物包括下述组分：氧化还原法制得的石墨烯0.5-3重量份，超耐磨炭黑40-60重量份，白炭黑1-15重量份。
作为本发明的一个实施例，所述氧化还原法制得的石墨烯比表面积为2630m3/g，单层厚度为0.34nm，单层比例≥90％。本申请使得石墨烯极高的补强能力。使用本发明方法解决了超高的比表面积带来的加工困难、不易分散问题。
作为本发明的一个实施例，所述超耐磨炭黑高比表面积、易分散，具有高比表面积高结构度，吸碘值在110g/kg以上，DBP吸收值在115×10-5m3/kg以上，氮吸附比表面积在130×103m2/kg以上。
作为本发明的一个实施例，所述白炭黑的氮吸附比表面积在150×103m2/kg以上。
本发明还涉及一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物的制备方法，包括下述步骤：
(1)以4‰的重量比例将石墨烯均匀混合在水溶液中，再与白炭黑在搅拌机中混匀，得到白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物；
(2)将顺1,4-聚异戊二烯橡胶，硅烷偶联剂，防老剂，硬脂酸，超耐磨炭黑，以及步骤(1)得到的白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物进行约2-3min的混炼，直至橡胶温度达到160℃，即完成；
(3)将步骤(2)得到的橡胶加入氧化锌、硫磺和促进剂进行1～3min的混炼，排胶温度不超过115℃。
作为本发明的一个实施例，所述氧化还原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比为0.5:1-1:1。
如表1中所规定成分的白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物。该预混合物在这里被称之为样品①、样品②、样品③。
表2给出了样品①、样品②、样品③预混完成后的表观性能。
表1白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物组分表
表2样品①、样品②、样品③预混完成后的表观性能表
从表2可看出，氧化还原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比为0.5:1-1:1，得到的预混合物灰白颗粒、流动性好。当氧化还原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比为1.5:1时，得到的预混合物粘稠、结团、流动性差。
实例1
在BR Banbury密炼机中制备如表3中所规定成分的橡胶组合物。
该橡胶组合物在这里被称之为样品A、样品B、样品C。样品A在这里被当作对比样1，即，在橡胶组合物中未使用氧化还原法制得的石墨烯这一组分。样品B在这里被当作对比样2，即，在橡胶组合物中未使用氧化还原法制得的石墨烯，而是采用物理法制得的石墨烯。
其中样品C中氧化还原法制得的石墨烯，是以粉状形式，是在非生产性阶段直接加入密炼机进行混炼。
所有的样品在约151℃硫化约30min。
表4给出了硫化样品A、样品B、样品C的物理性能。
本发明氧化还原法石墨烯为直接购买，厂家是山东欧铂新材料有限公司。本发明物理法石墨烯为直接购买，厂家是烟台市烯能新材料股份有限公司。
表3全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物组分表
样品 A B C
顺1,4-聚异戊二烯橡胶 100.0 100.0 100.0
物理法制得的石墨烯 0.5
氧化还原法制得的石墨烯 0.5
炭黑N115 43 43 43
白炭黑 10.0 10.0 10.0
硅烷偶联剂 0.8 0.8 0.8
防老剂4020 1.0 1.0 1.0
防老剂RD 1.0 1.0 1.0
防老剂微晶蜡 1.0 1.0 1.0
硬脂酸 2.0 2.0 2.0
氧化锌 3.5 3.5 3.5
硫磺 1.5 1.5 1.5
促进剂 1.0 1.0 1.0
表4硫化样品A、样品B、样品C的物理性能表
从表4可看出，通过添加石墨烯，配方的阿克隆磨耗体积下降、切割量下降，说明添加石墨烯可以明显改善配方的耐磨性能和耐切割性能；氧化还原法石墨烯的性能更好，且生热也降低，性能更好。
实例2
在BR Banbury密炼机中制备如实例1中样品C所规定成分的橡胶组合物，制备过程亦同实例1中样品C。不同之处仅在于，氧化还原法制得的石墨烯，不是以粉状形式，而是以水溶液形式在非生产性阶段加入密炼机进行混炼。
实例2制得的该橡胶组合物在这里被称之为样品D。
表5给出了硫化样品D的物理性能。
表5硫化样品D的物理性能表
151℃*30min硫化 D
阿克隆磨耗cm3 0.12
切割量/cm3 0.60
60℃tanδ 0.08
从表5可看出，实例2与实例1对比，具体为样品D与样品C对比，石墨烯以水溶液形式添加到配方中比以粉末形式添加到配方中，胶料的物理性能更好。
实例3
在BR Banbury密炼机中制备如实例2中样品D所规定成分的橡胶组合物，制备过程亦同实例2中样品D。不同之处仅在于，如表6所示，氧化还原法制得的石墨烯的水溶液在橡胶组合物中所占比例不同。
表6实例3橡胶组合物组分表
样品 E F G
顺1,4-聚异戊二烯橡胶 100.0 100.0 100.0
氧化还原法制得的石墨烯 1.0 2.0 3.0
炭黑N115 43.0 43.0 43.0
白炭黑 10.0 10.0 10.0
硅烷偶联剂 0.8 0.8 0.8
防老剂4020 1.0 1.0 1.0
防老剂RD 1.0 1.0 1.0
防老剂微晶蜡 1.0 1.0 1.0
硬脂酸 2.0 2.0 2.0
氧化锌 3.5 3.5 3.5
硫磺 1.5 1.5 1.5
促进剂 1.0 1.0 1.0
表7硫化样品E、样品F、样品G的物理性能表
151℃*30min硫化 E F G
阿克隆磨耗cm3 0.11 0.10 0.10
切割量/cm3 0.68 0.77 0.89
60℃tanδ 0.08 0.07 0.06
从表5的样品D以及表6的样品E、样品F、样品G可看出，增加石墨烯的用量，胶料耐磨、耐切割、生热性能呈现先上升，出现峰值后再下降的趋势。
综上，按比例在胎面橡胶中使用了与白炭黑预混的石墨烯水溶液后，能够使胎面的磨耗性能、耐切割性能和滚阻性能得到明显改善。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物，其特征在于，所述组合物包括下述组分：氧化还原法制得的石墨烯0.5-3重量份，超耐磨炭黑40-60重量份，白炭黑1-15重量份。
2.如权利要求1所述的全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物，其特征在于，所述组合物还包括下述组分：顺1,4-聚异戊二烯橡胶100重量份，硅烷偶联剂0.8重量份，防老剂3重量份，硬脂酸2重量份，氧化锌3.5重量份，硫磺1.5重量份和促进剂1重量份。
3.如权利要求2所述的全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂包括防老剂N(1,3二甲基丁基)-N’苯基对苯二胺1重量份，防老剂2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉聚合物1重量份，防老剂微晶蜡12重量份。
4.如权利要求1所述的全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物，其特征在于，所述氧化还原法制得的石墨烯比表面积为2630m3/g，单层厚度为0.34nm，单层比例≥90％。
5.如权利要求4所述的全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物，其特征在于，所述超耐磨炭黑的吸碘值在110g/kg以上，DBP吸收值在115×10-5m3/kg以上，氮吸附比表面积在130×103m2/kg以上。
6.如权利要求5所述的全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物，其特征在于，所述白炭黑的氮吸附比表面积在150×103m2/kg以上。
7.一种如权利要求6所述的全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
(1)以4‰的重量比例将氧化还原法制得的石墨烯均匀混合在水溶液中，再与白炭黑在搅拌机中混匀，得到白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物；
(2)将顺1,4-聚异戊二烯橡胶，硅烷偶联剂，防老剂，硬脂酸，超耐磨炭黑，以及步骤(1)得到的白炭黑/氧化还原法制得的石墨烯的水溶液预混合物进行约2-3min的混炼，直至橡胶温度达到160℃，即完成；
(3)将步骤(2)得到的橡胶加入氧化锌、硫磺和促进剂进行1～3min的混炼，排胶温度不超过115℃。
8.如权利要求7所述的全钢子午线轮胎用胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，所述氧化还原法制得的石墨烯的水溶液和白炭黑的重量比为0.5:1-1:1。
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