CN107383493A - 一种轮胎胎面的橡胶组合物及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轮胎胎面的橡胶组合物及其应用，本发明提供的橡胶组合物除了基体橡胶外，主要有一定比例的填料、树脂、硅烷偶联剂、软化剂、防老剂、活性剂、促进剂和硫化剂；所述基体橡胶包括乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶；所述填料包括一定比例的炭黑和白炭黑。该橡胶组合物主要应用于制备赛车轮胎胎面；本申请的赛车胎面配方具有优良的性能平衡，兼顾干地抓地力及湿地抓地力，初始抓地力高且持续使用后的抓地力及磨耗性能保持良好，并具有良好的加工性能。

Description

一种轮胎胎面的橡胶组合物及其应用
技术领域
本发明涉及半钢轮胎橡胶技术领域，尤其涉及一种轮胎胎面的橡胶组合物及其应用，具体可应用于赛车轮胎胎面。
背景技术
半钢子午线轮胎，按使用季节，可分为夏季胎、冬季胎、四季胎；按用途，可分为普通乘用胎、运动型轮胎(城市运动型、越野运动型)、轻卡胎、出租车胎、赛车胎等；按性能要求，可分为高性能/超高性能轮胎、低滚阻轮胎、舒适性轮胎、经济型轮胎等。各种轮胎的性能要求有所不同，其中赛车轮胎通常需要优秀的干地抓地力，此外，由于比赛时可能出现雨水天气，因此对湿地抓地力也有一定的要求。
为提高干地抓地力，赛车轮胎胎面胶通常使用高苯乙烯含量的丁苯胶以及大量的细粒子炭黑。这样的组合初始时干地抓地力好，但由于大量的生热，持续使用后胎面胶的抓地力及磨耗性能会出现明显劣化；而且，在水湿路面，会由于抓地力不足而出现打滑。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种轮胎胎面的橡胶组合物及其应用，该橡胶组合物具有优良的性能平衡，应用本发明提供的橡胶组合物制成赛车轮胎胎面胶，在保证干地抓地力的同时，兼顾湿地抓地力，初始抓地力好且持续使用后性能保持良好。
本发明提供一种轮胎胎面的橡胶组合物，其按重量份计，包括如下组分：
100份的基体橡胶，以干胶计；
60～150份的填料；
10～50份的树脂；
0.3～6份的硅烷偶联剂；
1～50份的软化剂；
1～6份的防老剂；
4～8份的活性剂；
1～5份的促进剂；
1～5份的硫化剂；
所述基体橡胶包括乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶；所述填料包括炭黑和白炭黑，所述白炭黑的用量为填料质量总和的10％～40％。
优选地，所述乳液聚合丁苯橡胶充油37.5份，苯乙烯含量30％以上；所述溶液聚合丁苯橡胶充油37.5份以上，苯乙烯含量30％以上；所述乳液聚合丁苯橡胶与溶液聚合丁苯橡胶的干胶重量份比例为20～80：80～20。
优选地，所述炭黑的氮吸附比表面积为100～300 103m2/kg，吸碘值100～300g/kg；所述白炭黑的氮吸附比表面积为150～300 103m2/kg。
优选地，所述树脂由聚α甲基-苯乙烯树脂与碳氢树脂组成，所述碳氢树脂为C5树脂和C9树脂中的至少一种；所述聚α甲基-苯乙烯树脂重量份为5～20，碳氢树脂重量份为5～30。
优选地，所述软化剂为芳烃油和环保油中的一种或多种。
优选地，所述活性剂为氧化锌和硬脂酸中的一种或多种。
优选地，所述硫化剂为硫磺粉和不溶性硫磺IS7020中的一种或多种。
优选地，所述硅烷偶联剂为液体Si69和Si75中的一种或多种。
优选地，所述促进剂为促进剂TMTM、促进剂DPG和促进剂CZ中的一种或多种。
本发明提供如上文所述的橡胶组合物在制备轮胎中的应用。
与现有技术相比，本发明基体橡胶采用乳液聚合丁苯橡胶(以下简称ESBR)和溶液聚合丁苯橡胶(以下简称SSBR)并用，填料体系采用炭黑和白炭黑并用，白炭黑的用量为总填料用量的10％～40％。在本发明橡胶配方中，ESBR的混炼加工性能及干地初始抓地力好，但在持续高温(150℃以上)下使用后抓地力及磨耗等性能会劣化。SSBR混炼加工性能略差，但和白炭黑的共混好，且持续高温下使用后的抓地力及磨耗性能保持更好。炭黑的生热高，干地抓地力好，但湿滑性能较差，并用少量的白炭黑后能够在不影响干地抓地力的情况下改善湿地抓地力；同时，试验证明，并用少量白炭黑后，胶料的混炼加工性能明显得到改善。因此，采用本发明的橡胶组合物制成赛车轮胎胎面胶等，可以在保证良好干地抓地力的同时，兼顾湿地抓地力，并能在持续高温使用后也能保持良好的抓地力及磨耗性能，还降低了胶料混炼加工的难度。
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。
本发明提供了一种轮胎胎面的橡胶组合物，其按重量份计包括如下组分：
100份的基体橡胶，以干胶计；
60～150份的填料；
10～50份的树脂；
0.3～6份的硅烷偶联剂；
1～50份的软化剂；
1～6份的防老剂；
4～8份的活性剂；
1～5份的促进剂；
1～5份的硫化剂；
所述基体橡胶包括乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶；所述填料包括炭黑和白炭黑，所述白炭黑的用量为填料质量总和的10％～40％。
本发明提供的橡胶组合物具有优良的性能平衡，应用其制成赛车轮胎胎面胶等，在保证干地抓地力的同时，兼顾湿地抓地力，并能在持续高温使用后也能保持良好的抓地力及磨耗性能，也降低了胶料混炼加工的难度。
在本发明中，所述橡胶组合物可用于赛车轮胎胎面，包括100重量份的基体橡胶(以干胶计)。本申请基体橡胶采用乳液聚合丁苯橡胶(以下简称ESBR)和溶液聚合丁苯橡胶(以下简称SSBR)并用，填料采用炭黑和白炭黑并用，其中白炭黑的用量为总填料用量的10％～40％。本发明主要采用这两种并用方式，使得橡胶组合物的综合性能优异，也容易进行胶料混炼加工。
在本发明中，所述基体橡胶由ESBR及SSBR组成。所述乳液聚合丁苯橡胶与溶液聚合丁苯橡胶的干胶重量份比例可为20～80：80～20，即ESBR干胶用量为20～80份，SSBR干胶用量为80～20份。作为优选方案，ESBR干胶用量为40～60份，SSBR干胶用量为60～40份。ESBR门尼粘度低，分子量分布宽，易混炼，硫化胶初始抓地力好；但胶料粘性大，出片时易粘辊，且持续使用后抓地力及磨耗性能下降；SSBR门尼粘度高，分子量分布窄，混炼较困难，但与白炭黑共混好，持续使用后的抓地力及磨耗性能保持更好。本发明将两者并用，每种的比例可保持在20％及以上，能更好的保持性能平衡。
所述ESBR，充油37.5份，苯乙烯含量30％或以上，优选为苯乙烯含量40％或以上，代表牌号如S1739、S1721、S1745等。所述SSBR，充油37.5份或以上，苯乙烯含量30％或以上，优选为苯乙烯含量40％或以上。苯乙烯含量越高，抓地力越好，ESBR/SSBR中的苯乙烯含量低于30％，抓地力会变差。
在本发明中，所述填料由炭黑与白炭黑组成，其中白炭黑的用量为总填料用量的10％～40％。以重量份计，本发明填料的总用量为60份～150份，优选为80份～120份。如果填料用量过低，抓地力较差；过高，混炼困难，且抓地力及磨耗性能变差，持续使用后的抓地力及磨耗性能容易劣化。在本发明中，所述白炭黑的用量为总填料用量的10％～40％，优选为总填料用量的20％～30％。在本发明中，如果白炭黑用量过低，湿地抓地力变差，对加工性能的改善不明显，且持续使用后的抓地力及磨耗性能变差；白炭黑用量过高，干地抓地力及磨耗性能变差，混炼加工性能也会变差。
本发明所述炭黑，氮吸附比表面积(N2SA)为100～300 103m2/kg，吸碘值为100～300g/kg。氮吸附比表面积和吸碘值均代表炭黑的粒径大小，氮吸附比表面积和吸碘值越大，说明炭黑粒径越小，胶料的补强性能及磨耗性能好，生热大，干地抓地力好；但粒径过小，炭黑分散较为困难，胶料生热过大，持续使用的性能保持下降。作为优选方案，所述炭黑的氮吸附比表面积(N2SA)为120～220 103m2/kg，吸碘值为120～220g/kg。
白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。本发明中的所述白炭黑，氮吸附比表面积(N2SA)为150～300 103m2/kg，优选氮吸附比表面积为160～220 103m2/kg。氮吸附比表面积越大，说明白炭黑的粒径越小，补强及磨耗性能越好，但粒径过小，白炭黑分散困难。
本发明所述橡胶组合物包括10～50重量份的树脂；树脂主要起到提高抓地力、增加粘性及软化增塑等作用。所述树脂可由聚α甲基-苯乙烯树脂与碳氢树脂组成，总量为10～50份，优选为20～30份。其中，所述碳氢树脂优选为C5树脂或C9树脂或C5与C9的混合树脂。树脂用量过少，胶料抓地力容易不足，树脂用量过多，胶料混炼加工困难。其中，所述聚α甲基-苯乙烯树脂用量可为5～20份，优选为10～15份，用量过少，抓地力不足，用量过多，胶料有变硬趋势，也会影响抓地力。碳氢树脂用量可为5～30份，优选为10～15份，用量过多或过少都会影响加工性能。
本发明所述橡胶组合物除包括基体橡胶、填料、树脂之外，还包括橡胶组合物中的常用助剂，例如：硅烷偶联剂、油、防老剂、活性剂、促进剂、硫化剂。按重量份计，所述橡胶组合物包括0.3～6份的硅烷偶联剂，优选为1～5份。所述橡胶组合物包括1～50份的软化剂，优选为5～30份。所述橡胶组合物包括1～6份的防老剂，优选为2～5份。所述橡胶组合物包括4～8份的活性剂，优选为5～7份。所述橡胶组合物包括1～5份的促进剂，优选为2～4份。所述橡胶组合物包括1～5份的硫化剂，优选2～4份。
在本发明的优选实施例中，所述橡胶组合物包括100份的基体橡胶(以干胶计)；90～120份的填料；25份的树脂；2～3份的硅烷偶联剂；10～30份的软化剂；5份的防老剂；6份的活性剂；3份的促进剂；3份的硫化剂。
上述助剂为本领域技术人员熟知的常用助剂，本申请对其来源没有特别的限制，可为本领域技术人员常规选择物质。示例的，所述硅烷偶联剂优选为液体Si69或Si75。所述软化剂通常油类物质，其用量不含充油胶中的油；所述油如芳烃油或环保油，其中芳烃油的稠环芳烃(也叫多环芳烃即PAHs)含量高，与橡胶相容性好，工艺性能较佳，成本低，但有一定的毒性。所述活性剂优选为氧化锌和/或硬脂酸；所述硫化剂优选为硫磺粉或不溶性硫磺IS7020。
其中，所述促进剂旨在降低硫化处理的温度，缩短硫化时间，减少硫化剂用量；可分为无机促进剂与有机促进剂两大类，目前大都使用的有机促进剂如醛胺类、胍类、秋兰姆类、噻唑类、硫脲类、次磺酰胺类等。在本发明中，所述促进剂优选为促进剂TMTM、促进剂DPG和促进剂CZ中的一种或多种。所述防老剂可分为物理防老剂和化学防老剂，如防护蜡、胺类、酚类、喹啉类等。在本发明中，所述防老剂优选为防护蜡、防老剂4020和防老剂TMQ中的一种或多种。此外，本发明还可采用改善分散或加工性能的其他助剂。
相应地，本发明还提供了如上文所述的橡胶组合物在制备轮胎中的应用；本发明所述橡胶组合物主要应用于赛车轮胎胎面。
应用本发明所述橡胶组合物制备轮胎胎面，其方法与现有制备轮胎胎面的方法相同，对此本申请没有特别的限制。按各组分配比，本发明将各组分在密炼机中进行胶料混炼，混炼方法为橡胶技术人员所熟知的密炼混炼法。其中，为避免硅烷偶联剂高温分解提前释放出硫，母炼排胶温度不超过155℃。混炼出来的胶料，压出成胎面部件，再通过成型、硫化工序，生产出轮胎。该轮胎生产过程为常规轮胎企业技术人员所熟知的流程，本申请没有特殊限制。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的橡胶组合物及其应用进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
在下述实施例中，ESBR为申华化工公司产品，苯乙烯含量40％，充油37.5份；SSBR为台橡公司产品，苯乙烯含量40％，充油37.5份；炭黑为龙星公司产品，氮吸附比表面积(N2SA)为140 103m2/kg，吸碘值为160g/kg；白炭黑为赢创公司产品，氮吸附比表面积为175103m2/kg；硅烷偶联剂为液体Si69；树脂为15份聚α甲基-苯乙烯树脂与10份C5树脂并用；油为经处理芳烃油TDAE；硫化剂为不溶性硫磺；防老剂为1份防护蜡、2份防老剂4020和2份防老剂TMQ并用；活性剂为5份氧化锌与1份硬脂酸并用；促进剂为0.2份促进剂TMTM、0.8份促进剂DPG与2份促进剂CZ并用。
实施例1～3
按各组分配比，将各组分在密炼机中进行常规的胶料混炼，混炼分母炼、终炼两段混炼生产，母炼排胶温度155℃，混炼时间约200s；终炼排胶温度105℃，混炼时间约160s。将混炼出来的胶料压出成胎面部件，再通过常规的成型、硫化工序，生产出285/40R20规格型号的轮胎。
混炼加工性能为混炼生产中主观评价，根据混炼胶门尼、混炼粘转子情况、出片粘辊情况等进行综合评价。以实施例1为标准，设为100，数值越高，混炼加工性能越好。
轮胎性能评价为生产出轮胎后由车手在赛道上进行主、客观评价。评价时赛车先跑三圈，休息5分钟后再跑三圈。主要评价干地抓地力(车手主观评价)、湿地抓地力(车手主观评价)、持续使用后抓地力(后三圈抓地力主观评价)及磨耗性能(根据磨耗前后花纹沟深度测算)。均以实施例1为标准，设为100，数值越高，各项性能越好。
对照例1～3
采用不同于实施例的配方组分，按照实施例的方法生产得到相同规格的轮胎，进行性能横向对比。具体实施例、对照例的组分、其配比及性能评价结果见表1。
表1.实施例、对照例的组分、其配比及性能评价结果
其中，括号内为基体橡胶的干胶重量份。
由上述表1可明确得知：填料(炭黑及白炭黑)用量增大，干、湿地抓地力性能提高，但混炼加工难度增加，持续使用后的抓地力及磨耗性能下降；其中的实施例1～3，各组分协同作用，其综合性能能够保持平衡。对照例1不用白炭黑，其湿地混炼加工困难，湿地抓地力降低，持续使用后的抓地力及磨耗性能下降。对照例2使用较多的白炭黑，其混炼加工同样困难，干地抓地力及磨耗性能差。对照例3不用白炭黑且仅用ESBR，其混炼加工困难，湿地抓地力差，持续使用后的抓地力下降且磨耗性能下降。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮胎胎面的橡胶组合物，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：
100份的基体橡胶，以干胶计；
60～150份的填料；
10～50份的树脂；
0.3～6份的硅烷偶联剂；
1～50份的软化剂；
1～6份的防老剂；
4～8份的活性剂；
1～5份的促进剂；
1～5份的硫化剂；
所述基体橡胶包括乳液聚合丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶；所述填料包括炭黑和白炭黑，所述白炭黑的用量为填料质量总和的10％～40％。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述乳液聚合丁苯橡胶充油37.5份，苯乙烯含量30％以上；所述溶液聚合丁苯橡胶充油37.5份以上，苯乙烯含量30％以上；所述乳液聚合丁苯橡胶与溶液聚合丁苯橡胶的干胶重量份比例为20～80：80～20。
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述炭黑的氮吸附比表面积为100～300 103m2/kg，吸碘值100～300g/kg；所述白炭黑的氮吸附比表面积为150～300 103m2/kg。
4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述树脂由聚α甲基-苯乙烯树脂与碳氢树脂组成，所述碳氢树脂为C5树脂和C9树脂中的至少一种；所述聚α甲基-苯乙烯树脂重量份为5～20，碳氢树脂重量份为5～30。
5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述软化剂为芳烃油和环保油中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述活性剂为氧化锌和硬脂酸中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述硫化剂为硫磺粉和不溶性硫磺IS7020中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂为液体Si69和Si75中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述促进剂为促进剂TMTM、促进剂DPG和促进剂CZ中的一种或多种。
10.如权利要求1～9中任一项所述的橡胶组合物在制备轮胎中的应用。
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