CN107459679A - 用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,属于轮胎领域,具有优异的材料力学性能、良好的加工工艺性能,尤其适用于防火系列载重子午线轮胎的胎面,可以显著提高轮胎阻燃防火安全性能。本发明的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物以重量配比计,组分包括:基体橡胶100份、活性剂5‑8份、白炭黑5‑20份、炭黑36‑51份、硅烷偶联剂0.5‑2份、加工助剂1‑4份,促进剂1‑2.5份、防老剂4‑10份、硫化剂1‑2份、阻燃剂31‑39份。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎领域,尤其涉及一种用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物。
背景技术
近年来,汽车在行驶过程中出现着火燃烧的相关事件屡见不鲜,其中大多数是因轮胎起火燃烧引起的。究其原因,轮胎起火燃烧或者是遇到明火被点燃、或者是在长下坡路的时候刹车时间过长和过猛造成轮胎摩擦生热产生自燃、或者是夏季高温季节汽车在路面上高速行驶产生大量的热量使得轮胎达到燃点而着火。因此,轮胎阻燃防火性能成为提高汽车使用安全,特别是危化品车等专业车辆使用安全的基本要求。
防火系列轮胎是采用阻燃防火橡胶组合物替代普通橡胶组合物的轮胎生产技术,具有安全、环保、耐用的特点。普通载重子午线轮胎胎面橡胶组合物通常由生胶、补强填充、增塑、防老和硫化五大体系组成,不具备阻燃防火性能。现有的消防车、危化品车等专业车辆使用的轮胎,与普通车辆轮胎一样均使用普通载重子午线轮胎胎面橡胶组合物,因不具备阻燃防火功能,所以存在起火燃烧的安全隐患。还有一些现有的阻燃橡胶组合物虽具备一定的防火性能,但轮胎基本使用性能下降明显,使用寿命受到严重影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,具有优异的材料力学性能、良好的加工工艺性能,尤其适用于用于防火系列载重子午线轮胎胎面,可以显著提高轮胎阻燃防火安全性能。
本发明一方面提供了一种用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5-8份、白炭黑5-20份、炭黑36-51份、硅烷偶联剂0.5-2份、加工助剂1-4份,促进剂1-2.5份、防老剂4-10份、硫化剂1-2份、阻燃剂31-39份;
其中基体橡胶由天然橡胶和改性氯磺化聚乙烯橡胶组成,白炭黑为高分散型沉淀法白炭黑,促进剂为次磺酰胺类促进剂TBBS、CBS中一种或两者并用,防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及双峰微晶防护蜡三者并用,硫化剂为硫黄,阻燃剂为有机阻燃剂十溴二苯乙烷、氯化石蜡和无机阻燃剂三氧化二锑并用。
作为优选技术方案,所述用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5-6份、白炭黑8-12份、炭黑44-48份、硅烷偶联剂0.8-1.2份、加工助剂1.5-2.5份,促进剂1-1.5份、防老剂5-6份、硫化剂1.2-1.8份、阻燃剂32-36份。
作为优选技术方案,所述用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5份、白炭黑10份、炭黑46份、硅烷偶联剂1份、加工助剂2份,促进剂1.4份、防老剂5份、硫化剂1.2份、阻燃剂32份。
作为优选技术方案,所述基体橡胶中天然橡胶为80-90份,其余为改性氯磺化聚乙烯橡胶。
作为优选技术方案,所述改性氯磺化聚乙烯橡胶的氯含量31±1.3%、硫含量1.5%、分子量为30000-120000。
作为优选技术方案,所述活性剂中,纳米氧化锌为2-5份,其余为硬脂酸。
作为优选技术方案,所述纳米氧化锌,包括粒径为100nm以下的一次粒子和粒径为100nm以上的一次粒子,其中粒径为100nm以下的一次粒子占80%,粒径为100nm以上的一次粒子占20%。
作为优选技术方案,所述白炭黑的用氮气测定的BET表面积为120-200m2/g,对苯二甲酸二丁酯吸收值为2-3.5cm3/g,并且当该白炭黑分散在水中形成5%的水溶液时其pH值为5-8。
作为优选技术方案,所述有机阻燃剂十溴二苯乙烷的纯度≥96.0%、溴含量为≥82%,有机阻燃剂氯化石蜡的氯含量为68%-72%、热分解温度≥170℃,无机阻燃剂三氧化二锑的纯度≥99.8%。
本发明另一方面提供了由上述用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物制备得到的胎面。
本发明再一方面提供了由上述胎面制备得到的防火系列载重子午线轮胎。
相比于现有技术,本发明具有以下积极和有益效果:
1、本发明制备的的橡胶组合物提高了胎面胶料的阻燃防火性能,并保持与传统轮胎胎面胶相近的耐磨性,采用该橡胶组合物生产的轮胎不但使用性能可以满足消防车、危化品车等专业车辆用载重子午线轮胎的使用要求,而且具有优异的防火安全性能。
2、由本发明的橡胶组合物制备的轮胎胎面,其氧指数达24以上、拉伸强度达22MPa以上,扯断伸长率达480%以上,相比于现有的阻燃橡胶组合物轮胎基本使用性能更加优异,主要用于防火系列载重子午线轮胎的胎面。
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。
本发明的一实施例提供了用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5-8份、白炭黑5-20份、炭黑36-51份、硅烷偶联剂0.5-2份、加工助剂1-4份,促进剂1-2.5份、防老剂4-10份、硫化剂1-2份、阻燃剂31-39份;
其中基体橡胶由天然橡胶和改性氯磺化聚乙烯橡胶组成,白炭黑为高分散型沉淀法白炭黑,促进剂为次磺酰胺类促进剂TBBS、CBS中一种或两者并用,防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及双峰微晶防护蜡三者并用,硫化剂为硫黄,阻燃剂为有机阻燃剂十溴二苯乙烷、氯化石蜡和无机阻燃剂三氧化二锑并用。
本实施例中,橡胶组合物可通过橡胶配合原理进行配合,将各种橡胶与各种添加剂材料混合。上述的添加剂材料有:补强材料例如炭黑、白炭黑,硫化剂如硫黄,促进剂,活性剂如氧化锌,具体的橡胶加工过程中的加工助剂如增塑剂,另外还可以添加防护材料如化学防老剂、防护蜡。在本实施例的上述配比和组分选择条件下,得到的橡胶组合物性能优异,炭黑与白炭黑配合,阻燃剂选择有机阻燃剂和无机阻燃剂并用,能够取得显著的阻燃效果。
本实施例中,防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及双峰微晶防护蜡三者并用,其中对苯二胺类抗臭氧剂的典型用量为2-4份,喹啉类防老剂的典型用量为1-3份,防护蜡的典型用量为1-3份,常常使用双峰微晶蜡。
在一优选的实施例中,所述用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5-6份、白炭黑8-12份、炭黑44-48份、硅烷偶联剂0.8-1.2份、加工助剂1.5-2.5份,促进剂1-1.5份、防老剂5-6份、硫化剂1.2-1.8份、阻燃剂32-36份。
本实施例中,活性剂的含量可以为5、5.5、6份,白炭黑的含量可以为8、10、12份,炭黑的用量可以为44、45、46、47、48份,硅烷偶联剂的用量可以为0.8、1.0、1.2份,促进剂的用量可以为1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5份,防老剂的用量可以为5、5.5、6份,硫化剂的用量可以为1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8份,阻燃剂的用量可以为32、33、34、35、36份,上述组分的用量在上述范围内均可以调整和优化组合,而加工助剂的量可以根据需要进行调整。
在更优选的实施例中,所述用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5份、白炭黑10份、炭黑46份、硅烷偶联剂1份、加工助剂2份,促进剂1.4份、防老剂5份、硫化剂1.2份、阻燃剂32份。上述组分配比可以将阻燃效果提升到最优。
在一优选实施例中,基体橡胶中天然橡胶为80-90份,其余为改性氯磺化聚乙烯橡胶。本实施例的天然橡胶均采用标准天然胶。采用质量配比,以100份基体橡胶计,基体橡胶中的天然橡胶的含量优选为≥80份,这是因为天然橡胶的含量不足80份时,硫化胶的拉伸强度和撕裂强度下降,不能满足防火系列轮胎基本使用性能要求。
在一优选实施例中,改性氯磺化聚乙烯橡胶的氯含量31±1.3%、硫含量1.5%、分子量为30000-120000,配合硫黄硫化体系具有与通用橡胶共硫化的优点。另外,基体橡胶中改性氯磺化聚乙烯橡胶的含量优选10份以上,含量过少,胎面橡胶组合物氧指数改善不明显,但是基体橡胶中改性氯磺化聚乙烯橡胶的含量最大值为20份。
在一优选实施例中,活性剂中的纳米氧化锌为2-5份,其余为硬脂酸,本实施例中,纳米氧化锌,包括粒径为100nm以下的一次粒子和粒径为100nm以上的一次粒子,其中粒径为100nm以下的一次粒子占80%,粒径为100nm以上的一次粒子占20%。上述纳米氧化锌配合硬脂酸能够取得良好的活化效果。
在一优选实施例中,白炭黑的用氮气测定的BET表面积为120-200m2/g,对苯二甲酸二丁酯吸收值为2-3.5cm3/g,并且当该白炭黑分散在水中形成5%的水溶液时其pH值为5-8。本实施例中,橡胶组合物含有足量的白炭黑以提供合理的高定伸应力和耐撕裂性能,其中,白炭黑为沉淀法白炭黑,该白炭黑的BET表面积(用氮气测定)以大约100-250m2/g为宜,优选用大约120-200m2/g。
另外,上述实施例中,含有该白炭黑的同时添加硅烷偶联剂,效果较好。作为硅烷偶联剂,可使用传统已知的硅烷偶联剂,基于良好的加工性考虑,优选使用三乙氧基硅基丙基四硫化物(Si-69),一方面通过乙氧基与白炭黑表面硅烷醇基团缩合,另一方面通过硫化物断链与橡胶产生交联,对白炭黑的分散和补强起到关键的作用。
在一优选实施例中,促进剂优选使用次磺酰胺类促进剂CBS(N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺),以提高和活化硫化胶的性能。
在一可选的实施例中,加工助剂的典型用量为大约1-4份,上述加工助剂可以为高分子量饱和脂肪酸锌盐。
在一优选实施例中,基体橡胶中阻燃剂可选择无机阻燃剂或有机阻燃剂,但是更优选的实施例是二者并用。无机阻燃剂可选择三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌,有机阻燃剂可选择溴系、氮系和红磷及化合物。胶料中阻燃剂的用量取决于阻燃剂的类型,但是为胶料提供优异的阻燃性能,本发明的橡胶组合物中全部阻燃剂的用量可以为31-39份,优选为32-36份。本实施例中,更为优选的,有机阻燃剂十溴二苯乙烷的纯度≥96.0%、溴含量为≥82%,有机阻燃剂氯化石蜡的氯含量为68%-72%、热分解温度≥170℃,无机阻燃剂三氧化二锑的纯度≥99.8%,三者配合能够达到显著的阻燃效果。
本发明的另一实施例为上述用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物制备得到的胎面。
本发明的再一实施例为上述胎面制备得到的防火系列载重子午线轮胎。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以下将结合具体实施例进行说明。
实施例1
各组分均按质量份计,参见表1。
该橡胶组合物的混炼方法如下:
用密闭炼胶机对生胶塑炼0.5-1min后,加入部分炭黑、高分散性白炭黑以及除硫化体系、防护体系外的所有组分,混炼2-3min在150-160℃范围内排胶,完成一段母炼胶的制备;
胶片停放8h后,在密闭炼胶机中加入一段母炼胶、剩余炭黑和防老体系的组分,混炼2-3min温度在145-155℃范围内排胶,完成二段母炼胶的制备;
胶片停放8h后,在密闭炼胶机中加入二段母炼胶、所有硫化体系的组分,混炼2-3min温度在95-105℃范围内排胶,完成终炼胶的制备;
用小开炼机将终炼胶压成2.0mm厚的胶片,停放6h后,用蒸汽平板硫化机在151℃温度下分别硫化20min、30min、40min试样。
实施例2
各组分均按质量份计,参见表1,混炼方法同实施例1。
对比例1
各组分均按质量份计,参见表1,混炼方法同实施例1。
对比例2
各组分均按质量份计,参见表1,混炼方法同实施例1。
对比例3
各组分均按质量份计,参见表1,混炼方法同实施例1。
对比例4
各组分均按质量份计,参见表1,混炼方法同实施例1。
对比例5
各组分均按质量份计,参见表1,混炼方法同实施例1。
对比例6
各组分均按质量份计,参见表1,混炼方法同实施例1。
表1各实施例组分配比
性能测试
按相应国家标准进行各项性能测试,具体性能测试结果见表2、表3。
表2性能测试结果对比(一)
表3性能测试结果对比(二)
通过上述表2、表3可以看出,相比于现有的轮胎胎面(对比例1),本发明的轮胎胎面的阻燃性能较好,并保持与传统轮胎胎面胶相近的耐磨性能;相比于现有的阻燃胎面(对比例2),本发明的轮胎胎面的硫化胶拉伸性能、撕裂性能及耐磨性能等轮胎必备的基本性能优异,同时保持与现有的阻燃胎面相近的阻燃性能。
通过上述表2、表3可以看出,相比于对比例3、4、5,本发明的轮胎胎面采用的三种阻燃性能协同效应显著,阻燃性能明显比任一阻燃剂单用效果优异;相比于对比例6,本发明的轮胎胎面采用的三种阻燃性能协同效应比其它系列阻燃剂的阻燃效果优异。
由上表明,采用本发明的橡胶组合物生产的轮胎不但使用性能可以满足消防车、危化品车等专业车辆用载重子午线轮胎的使用要求,而且具有优异的防火安全性能。
Claims (10)
1.用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5-8份、白炭黑5-20份、炭黑36-51份、硅烷偶联剂0.5-2份、加工助剂1-4份,促进剂1-2.5份、防老剂4-10份、硫化剂1-2份、阻燃剂31-39份;
其中基体橡胶由天然橡胶和改性氯磺化聚乙烯橡胶组成,白炭黑为高分散型沉淀法白炭黑,促进剂为次磺酰胺类促进剂TBBS、CBS中一种或两者并用,防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及双峰微晶防护蜡三者并用,硫化剂为硫黄,阻燃剂为有机阻燃剂十溴二苯乙烷、氯化石蜡和无机阻燃剂三氧化二锑并用。
2.根据权利要求1所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,所述用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5-6份、白炭黑8-12份、炭黑44-48份、硅烷偶联剂0.8-1.2份、加工助剂1.5-2.5份,促进剂1-1.5份、防老剂5-6份、硫化剂1.2-1.8份、阻燃剂32-36份。
3.根据权利要求2所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,所述用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,以重量配比计,其组分包括:
基体橡胶100份、活性剂5份、白炭黑10份、炭黑46份、硅烷偶联剂1份、加工助剂2份,促进剂1.4份、防老剂5份、硫化剂1.2份、阻燃剂32份。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,所述基体橡胶中天然橡胶为80-90份,其余为改性氯磺化聚乙烯橡胶。
5.根据权利要求4所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,所述改性氯磺化聚乙烯橡胶的氯含量31±1.3%、硫含量1.5%、分子量为30000-120000。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,所述活性剂中,纳米氧化锌为2-5份,其余为硬脂酸。
7.根据权利要求6所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,所述纳米氧化锌,包括粒径为100nm以下的一次粒子和粒径为100nm以上的一次粒子,其中粒径为100nm以下的一次粒子占80%,粒径为100nm以上的一次粒子占20%。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,所述白炭黑用氮气测定的BET表面积为120-200m2/g,对苯二甲酸二丁酯吸收值为2-3.5cm3/g,并且当该白炭黑分散在水中形成5%的水溶液时其pH值为5-8。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物,其特征在于,所述有机阻燃剂十溴二苯乙烷的纯度≥96.0%、溴含量为≥82%;有机阻燃剂氯化石蜡的氯含量为68%-72%、热分解温度≥170℃;无机阻燃剂三氧化二锑的纯度≥99.8%。
10.权利要求1-9任意一项所述的用于防火系列载重子午线轮胎胎面的橡胶组合物制备得到的胎面和轮胎。
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