CN107216499A - 全钢超耐磨胎面胶配方胶料及其制备方法 - Google Patents

全钢超耐磨胎面胶配方胶料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全钢超耐磨胎面胶配方胶料及其制备方法，属于轮胎制备技术领域。其首先将天然橡胶、合成橡胶、反式异戊二烯、炭黑、白炭黑，防老剂、增塑剂、氧化锌和硬脂酸投入到密炼机中，经过三段母炼得到三段母炼胶，再投入硫磺、促进剂和防焦剂进行终炼，得到全钢超耐磨胎面胶胶料。本发明通过生胶体系、填料体系、硫化体系的优化调整，在保证胶料良好加工性能的基础上，显著地提高胶料的耐磨性，而耐磨性的大幅提高能够显著增加行驶里程或者减薄胎面厚度，降低成本，提升轮胎品质。

Description

全钢超耐磨胎面胶配方胶料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种全钢超耐磨胎面胶配方胶料及其制备方法，属于轮胎制备技术领域。
背景技术
轮胎胎面胶的耐磨性是轮胎关键性能指标之一。轮胎行驶过程中胎面与路面直接接触，在周期性的压缩、剪切形变作用下，胎面胶以磨损、卷曲、疲劳等方式脱落。与半钢轮胎相比，全钢子午线轮胎在一种高承载的条件下工作，因而对于胎面胶的耐磨性有更高的要求。从配方设计角度提高胶料耐磨性是一种行之有效的手段，其中生胶体系、填充体系、硫化体系对胶料的耐磨性影响最大。
(1)生胶体系：全钢子午线轮胎配方中主要使用天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶。天然橡胶的主要成分是顺式异戊二烯聚合物，由于其良好的综合性能得到广泛的应用。反式异戊二烯与天然橡胶化学组成相同，顺反结构不同，其分子链规整性高，易于结晶，具有优异的耐磨性和耐疲劳性，而且在我国具有良好的种植面积，然而其加工性能较差，目前极少有轮胎企业将其应用于全钢轮胎胎面胶配方中。丁苯橡胶、顺丁橡胶等合成橡胶具有良好的耐磨性，而加工性能较差。通常采用天然橡胶与合成橡胶并用的方式提高胎面胶的耐磨性并改善胶料的工艺性能。
(2)填充体系：全钢子午线轮胎胎面配方中，多采用补强效果更好的中超耐磨、超耐磨炭黑提高胶料的耐磨性。随着结构度的增加，胶料抵抗磨损磨耗、疲劳破坏能力提高；而粒径的减小能够显著提高胶料的抗撕裂性能，对于卷曲磨耗的影响更显著。
(3)硫化体系：全钢轮胎胎面胶多采用传统硫化体系和半有效硫化体系。同样的交联密度下，传统硫化体系胶料生热低，疲劳性能好，而半有效硫化体系生热较大，耐磨性好。
发明内容
本发明的目的是在保证良好加工性能前提下，显著提高胎面胶的耐磨性，提供一种全钢超耐磨胎面胶配方胶料及其制备方法，提高轮胎的使用寿命，降低成本。
本发明的技术方案，全钢超耐磨胎面胶配方胶料，配方比例按重量份计如下：天然橡胶50-70份、合成橡胶15-30份、反式异戊二烯10-25份、炭黑35-50份、白炭黑0-15份，防老剂1-5份、增塑剂1-5份、氧化锌3-5份、硬脂酸1-3份、硫磺0.9-1.6份、促进剂1-2份和防焦剂0.1-0.4份；
首先将天然橡胶、合成橡胶、反式异戊二烯、炭黑、白炭黑，防老剂、增塑剂、氧化锌和硬脂酸投入到密炼机中，经过三段母炼得到三段母炼胶，再投入硫磺、促进剂和防焦剂进行终炼，得到全钢超耐磨胎面胶胶料。
所述合成橡胶为丁苯橡胶和顺丁橡胶中的一种或者两种。
所述炭黑为N234，N134和N115中的一种或者两种。
所述防老剂为防老剂RD和/或防老剂4020。
所述增塑剂为松香、增塑剂A和芳烃油中的一种或几种。
所述全钢超耐磨胎面胶配方胶料的制备方法，按重量份计步骤如下：
(1)母炼：
a、一段母胶炼胶工艺：依次将天然橡胶50-70份、合成橡胶15-30份、反式异戊二烯10-25份、炭黑35-50份、白炭黑0-15份，防老剂1-5份、增塑剂1-5份、氧化锌3-5份和硬脂酸1-3份加入密炼机中，保持填充系数65％-75％，于155-165℃条件下排胶，炼胶时间为0.6-3min；密炼机的下片控制胶片厚度为5～10mm，制备得到一段母胶；
b、二段母胶炼胶工艺：将步骤a所得一段母胶按照65％-75％的填充系数加入到密炼机中继续混炼，排胶温度为155-160℃，炼胶时间为0.8-3min；
c、三段母胶炼胶工艺：将步骤b所得二段母胶按照65％-75％的填充系数加入到密炼机中混炼，排胶温度为155-160℃，炼胶时间为0.8-3min；
(2)终炼：将步骤(1)所得三段母胶加入密炼机中，密炼机的填充系数为70％-80％，继续加入硫磺0.9-1.6份、促进剂1-2份和防焦剂0.1-0.4份，炼胶时间为1-2min，排胶温度为95-100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，得到全钢超耐磨胎面胶胶料。
步骤(1)所述密炼机为GK系列或F系列密炼机；步骤(2)所述密炼机为GK系列密炼机。
所述的胎面成型工艺采用热贴合工艺即在现有的成型机胎面供料处采用∮90mm冷喂料挤出机进行胎面出型，胎面挤出后经过滚筒冷却线，控制胎面部件温度40-50℃，同时将其贴合于辅鼓的带束层上。
本发明的有益效果：本发明通过生胶体系、填料体系、硫化体系的优化调整，在保证胶料良好加工性能的基础上，显著地提高胶料的耐磨性，而耐磨性的大幅提高能够显著增加行驶里程或者减薄胎面厚度，降低成本，提升轮胎品质。
本发明提供的超耐磨胎面胶料及其制备方法在保证良好加工、成型工艺的同时，大幅提升胶料的耐磨性。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1全钢超耐磨胎面胶配方胶料的制备方法，包括如下步骤：
(1)母炼：母炼采用三段炼胶；
a、母胶一段：依次将天然橡胶70份、丁苯橡胶10份、顺丁橡胶10份，反式异戊二烯橡胶10份、炭黑N115 35份、白炭黑15份、防老剂RD 1份、防老剂4020 4份，增塑剂A 1份、芳烃油3份，氧化锌3份、硬脂酸3份加入GK系列或者F系列密炼机中，密炼机的填充系数为65％，密炼机转速为45转，炼胶时间为1min，排胶温度为155℃，下片控制胶片厚度10mm。
b、母胶二段：将一段母胶按照65％的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，密炼机转速为50转，炼胶时间为0.8min，排胶温度为155℃，下片控制胶片厚度10mm。
c、母胶三段：将二段母胶按照65％的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，密炼机转速为50转，炼胶时间为0.8min，排胶温度为155℃，下片控制胶片厚度10mm。
(2)终炼：将步骤(1)所得三段母胶加入GK系列密炼机中，填充系数为80％，加入硫磺1.6份、促进剂NS 1份、防焦剂0.1份，炼胶时间为2min，排胶温度为100℃，下片控制厚度为6mm，得到全钢超耐磨胎面胶胶料。
具体性能测试如表1所示。
实施例2全钢超耐磨胎面胶配方胶料的制备方法，包括如下步骤：
(1)母炼：母炼采用三段炼胶；
a、母胶一段：依次将天然橡胶50份、丁苯橡胶10份、顺丁橡胶10份，反式异戊二烯橡胶25份、炭黑N115 50份、防老剂4020 1份，芳烃油1份，氧化锌5份、硬脂酸1份加入GK系列或者F系列密炼机中，密炼机的填充系数为65％，转速为50转，炼胶时间为1min，排胶温度为155℃，下片控制胶片厚度10mm；
b、母胶二段：将一段母胶按照65％的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，密炼机转速为40转，炼胶时间为1.5min，排胶温度为155℃，下片控制胶片厚度10mm；
c、母胶三段：将二段母胶按照65％的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，密炼机转速为40转，炼胶时间为1.5min，排胶温度为155℃。
(2)终炼：将步骤(1)所得三段母胶加入GK系列密炼机中，填充系数为80％，加入硫磺0.9份、促进剂NS 2份、防焦剂0.4份。密炼机转速为25转，炼胶时间为2min，排胶温度100度，下片并控制厚度为6mm，得到超耐磨胎面胶混炼胶。
具体性能测试如表1所示。
实施例3全钢超耐磨胎面胶配方胶料的制备方法，包括如下步骤：
(1)母炼：母炼采用三段炼胶；
a、母胶一段：依次将天然橡胶50份、丁苯橡胶20份、顺丁橡胶10份，反式异戊二烯橡胶20份、炭黑N134 45份、防老剂RD 2份、防老剂4020 2份、芳烃油2份、松香2份、氧化锌5份、硬脂酸1份加入GK系列或者F系列密炼机中，密炼机的填充系数为65％，密炼机转速为40转，炼胶时间为3min，155℃排胶，下片控制胶片厚度5mm，得到一段母胶；
b、母胶二段：将一段母胶按照65％的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，密炼机转速40转，排胶温度为155℃，炼胶时间为3min。
c、母胶三段：将二段母胶按照65％的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，密炼机转速为40转，炼胶时间为2min，排胶温度为155℃。
(2)终炼：将步骤(1)所得三段母胶加入GK系列密炼机中，填充系数为80％，转速为25转，加入硫磺0.9份、促进剂NS 2份、防焦剂0.4份，炼胶时间为2min，排胶温度100度，下片控制厚度为6mm，得到超耐磨胎面胶混炼胶。
具体性能测试如表1所示。
表1
测试项目 参比配方 超耐磨配方
硫化条件151℃ 30min 35min
硬度(邵尔A型) 65 67
拉断伸长率/％ 544 563
拉伸强度/MPa 29.1 24
300％定伸应力/MPa 12.8 10.2
拉断永久变形/％ 16 20
撕裂强度kN·m-1 90 99
回弹值/％ 42 41
DIN磨耗量/mm3 80 39
阿克隆磨耗体积/cm3 0.26 0.138
T90(151℃)/min 13.69 12.41
ML 1+4/100℃门尼粘度 53 68
焦烧时间(127℃)/min 22.3 25.8
表1中，参比配方是现有技术中常规使用的胎面胶配方，其具体组成如下：天然橡胶85份、顺丁橡胶15份、N234炭黑43份、氧化锌4份、硬脂酸2份、分散剂Fs-97 1份、防老剂4020 2份、硫磺1.4份、促进剂CZ 1.2份和防焦剂0.2份。
其炼胶工艺采用三段炼胶，具体步骤如下：
a、母胶一段：依次将天然橡胶、顺丁橡胶、炭黑、防老剂RD、分散剂、氧化锌、硬脂酸加入GK系列或者F系列密炼机中，密炼机的填充系数为68％，密炼机转速为45转，炼胶时间为2min，160℃排胶，控制下片厚度10mm，得到一段母胶；
b、母胶二段：将一段母胶按照65％的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，密炼机转速45转，排胶温度为155℃，炼胶时间为2min，控制下片厚度6mm，得到二段母胶；
c、终炼：将二段母胶加入GK系列密炼机中，填充系数为75％，转速为25转，加入硫磺、促进剂、防焦剂，炼胶时间为2min，排胶温度100℃，下片控制厚度为6mm，得到参比配方混炼胶。
与参比配方相比，本发明制备所得超耐磨配方最显著的特点是耐磨性优良，耐磨性提升40％-50％。同时，胶料的回弹性稍有降低，表明胶料的生热接近。在超耐磨体系中，通常采用高填充量的高补强炭黑提升耐磨性，但是耐磨性提升的代价是胶料生热的大幅增加，本发明提供的配方在保持胶料的生热没有明显增加的同时，胶料表现出了优良的耐磨性。意味着采用该配方的轮胎在保持目前耐久性能的同时，行使里程提升40-50％。

Claims (8)

1.全钢超耐磨胎面胶配方胶料，其特征是配方比例按重量份计如下：天然橡胶 50-70份、合成橡胶 15-30份、反式异戊二烯 10-25份、炭黑35-50份、白炭黑0-15份，防老剂 1-5份、增塑剂 1-5份、氧化锌 3-5份、硬脂酸 1-3份、硫磺0.9-1.6份、促进剂 1-2份和防焦剂0.1-0.4份；
首先将天然橡胶、合成橡胶、反式异戊二烯、炭黑、白炭黑，防老剂、增塑剂、氧化锌和硬脂酸投入到密炼机中，经过三段母炼得到三段母炼胶，再投入硫磺、促进剂和防焦剂进行终炼，得到全钢超耐磨胎面胶胶料。
2.如权利要求1所述全钢超耐磨胎面胶配方胶料，其特征是：所述合成橡胶为丁苯橡胶和顺丁橡胶中的一种或者两种。
3.如权利要求1所述全钢超耐磨胎面胶配方胶料，其特征是：所述炭黑为N234，N134和N115中的一种或者两种。
4.如权利要求1所述全钢超耐磨胎面胶配方胶料，其特征是：所述防老剂为防老剂RD和/或防老剂4020。
5.如权利要求1所述全钢超耐磨胎面胶配方胶料，其特征是：所述增塑剂为松香、增塑剂A和芳烃油中的一种或几种。
6.权利要求1所述全钢超耐磨胎面胶配方胶料的制备方法，其特征是按重量份计步骤如下：
（1）母炼：
a、一段母胶炼胶工艺：依次将天然橡胶 50-70份、合成橡胶 15-30份、反式异戊二烯10-25份、炭黑35-50份、白炭黑0-15份，防老剂 1-5份、增塑剂 1-5份、氧化锌 3-5份和硬脂酸 1-3份加入密炼机中，保持填充系数 65%-75%，于155-165℃条件下排胶，炼胶时间为0.6-3 min；密炼机的下片控制胶片厚度为5～10mm，制备得到一段母胶；
b、二段母胶炼胶工艺：将步骤a所得一段母胶按照65%-75%的填充系数加入到密炼机中继续混炼，排胶温度为155-160℃，炼胶时间为0.8-3min；
c、三段母胶炼胶工艺：将步骤b所得二段母胶按照65%-75%的填充系数加入到密炼机中混炼，排胶温度为155-160℃，炼胶时间为0.8-3min；
（2）终炼：将步骤（1）所得三段母胶加入密炼机中，密炼机的填充系数为70%-80%，继续加入硫磺0.9-1.6份、促进剂 1-2份和防焦剂0.1-0.4份，炼胶时间为1-2min，排胶温度为95-100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，得到全钢超耐磨胎面胶胶料。
7.如权利要求6所述全钢超耐磨胎面胶配方胶料的制备方法，其特征是：步骤（1）所述密炼机为GK系列或F系列密炼机；步骤（2）所述密炼机为GK系列密炼机。
8.如权利要求6所述全钢超耐磨胎面胶配方胶料的制备方法，其特征是：所述的胎面成型工艺采用热贴合工艺即在现有的成型机胎面供料处采用∮90mm冷喂料挤出机进行胎面出型，胎面挤出后经过滚筒冷却线，控制胎面部件温度40-50℃，同时将其贴合于辅鼓的带束层上。
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