CN107602948A

CN107602948A - 一种载重轮胎的橡胶组合物及其应用

Info

Publication number: CN107602948A
Application number: CN201710884749.0A
Authority: CN
Inventors: 罗才仁
Original assignee: Cheng Shin Tire and Rubber China Co Ltd
Current assignee: Cheng Shin Tire and Rubber China Co Ltd
Priority date: 2017-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2018-01-19

Abstract

本发明涉及轮胎橡胶技术领域，本发明提供了一种载重轮胎的橡胶组合物及其应用，该橡胶组合物按质量份计包括：100份的基体橡胶；10～90份的橡胶补强碳黑；1～10份的加工助剂；2～8份的活性剂；0.1～5份的防老剂；1～10份的酚醛树脂；1～5份的加硫促进剂；0.1～5份的防焦剂；1～8份的加硫剂；所述基体橡胶包括40～80wt％的天然橡胶、20～55wt％的顺式1,4‑聚丁二烯橡胶和0～5wt％的液体聚异戊二烯橡胶。采用本发明的橡胶组合物制成LTR轮胎胎侧胶等，其低发热性能较好，滚动阻力指数较高，且硬度符合设计需求，从而提升LTR轮胎的行驶耐久性。

Description

一种载重轮胎的橡胶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及轮胎橡胶技术领域，尤其涉及一种载重轮胎的橡胶组合物及其应用，具体可应用于LTR等载重轮胎胎侧胶及三角胶。

背景技术

轮胎通常由外胎、内胎(也有无内胎的)和垫带组成，外胎是由胎体、缓冲层(或称带束层)、胎面、胎侧和胎圈组成，其中，胎体又称胎身，通常指由一层或数层帘布层与胎圈组成整体的轮胎的受力结构；外胎断面主要包括胎冠区域、胎臂区域和胎圈区域等。轮胎按用途分类，包括载重轮胎、客车用轮胎及矿山用轮胎等种类。充气轮胎按胎体中帘线排列的方向不同，还可分为普通斜交胎、带束斜交胎和子午线胎。其中，LTR轮胎为轻载子午线轮胎，即用于轻型卡车以子午线结构制造的轮胎。

近几年，国内外轮胎厂家生产LTR轮胎的规格和品种越来越多，轮胎在使用过程中，其胎侧鼓包是亟需解决的主要技术难题之一。据市场调查，大部分厂家轮胎高速条件下走行差的主要原因之一在于：胎侧胶、子口耐磨胶和三角胶采用不同特性的配方胶料，共同作业性差、发热性较高，橡胶老化速度加剧，造成轮胎胎侧鼓包、三角胶与胎体帘布分离，从而导致轮胎的早期失效。

为改善LTR轮胎的行驶耐久性，多数厂家采用在胎侧部位增加补强胶片或补强帘纱来增加其刚性，但此法容易造成轮胎重量变大，在其使用过程中生热加剧、油耗颇大，导致降低了轮胎的使用寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种载重轮胎的橡胶组合物及其应用，该橡胶组合物具有低发热、高刚性，将本发明提供的橡胶组合物应用于胎侧等部件，能提升轮胎各个部位的共同作业性，降低生热，从而更好地提高LTR轮胎的行驶耐久性。

本发明提供一种载重轮胎的橡胶组合物，按质量份计，包括如下组分：

100份的基体橡胶；

10～90份的橡胶补强碳黑；

1～10份的加工助剂；

2～8份的活性剂；

0.1～5份的防老剂；

1～10份的酚醛树脂；

1～5份的加硫促进剂；

0.1～5份的防焦剂；

1～8份的加硫剂；

所述基体橡胶包括40～80wt％的天然橡胶、20～55wt％的顺式1,4-聚丁二烯橡胶和0～5wt％的液体聚异戊二烯橡胶。

优选地，所述基体橡胶包括1～4wt％的液体聚异戊二烯橡胶。

优选地，所述顺式1,4-聚丁二烯橡胶中乙烯基含量为7～13wt％。

优选地，所述橡胶组合物包括40～80份的橡胶补强碳黑。

优选地，所述橡胶补强碳黑包括第一碳黑和/或第二碳黑，所述第一碳黑的DBP吸油值为116.0～126.0mL/100g，碘吸收数为39.0～47.0mg I₂/g；所述第二碳黑的DBP吸油值为81.0～101.0mL/100g，碘吸收数为32.0～40.0mg I₂/g。

本发明还提供如上文所述的橡胶组合物在制备轮胎中的应用。

优选地，所述橡胶组合物用于制备LTR轮胎。

优选地，所述橡胶组合物用于制备轮胎的胎侧胶和/或三角胶。

优选地，应用所述橡胶组合物制备轮胎的方法包括：将生胶、橡胶补强碳黑、加工助剂、酚醛树脂、防老剂、活性剂和防焦剂按比例加入，进行初步混炼；将所述初步混炼所得胶料、加硫促进剂和加硫剂按比例加入，进行最后混炼，得到轮胎橡胶。

优选地，所述初步混炼的温度为140～160℃，所述最后混炼的温度为90～105℃。

与现有技术相比，本发明基于100质量份的基体橡胶组分包含：40～80wt％的天然橡胶、20～55wt％的顺式1,4-聚丁二烯橡胶和0～5wt％的液体聚异戊二烯橡胶；并且相对于100质量份的橡胶组分，本发明橡胶组合物包含10～90质量份的橡胶补强碳黑等。采用本发明的橡胶组合物制成LTR轮胎胎侧胶等，其低发热性能较好，滚动阻力指数较高，且硬度符合设计需求，从而提升LTR轮胎的行驶耐久性。

附图说明

图1为本发明实施例橡胶组合物应用的示意图。

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。

本发明提供了一种载重轮胎的橡胶组合物，按质量份计，包括如下组分：

100份的基体橡胶；

10～90份的橡胶补强碳黑；

1～10份的加工助剂；

2～8份的活性剂；

0.1～5份的防老剂；

1～10份的酚醛树脂；

1～5份的加硫促进剂；

0.1～5份的防焦剂；

1～8份的加硫剂；

本发明提供的橡胶组合物具有低发热、高刚性等特点，应用其制成载重轮胎胎侧胶等，能提升轮胎各个部位的共同作业性，改善LTR轮胎胎侧鼓包、子口耐磨胶开裂、三角胶与胎体帘纱分离的现象，降低生热，从而更好地提高LTR轮胎的行驶耐久性。

在本发明中，所述橡胶组合物可用于载重轮胎胎侧，包括100质量份的基体橡胶组分。基于100％质量份的橡胶组分，本申请基体橡胶包括40质量％～80质量％的天然橡胶、20质量％～55质量％的顺式1,4-聚丁二烯橡胶，0～5质量％的液体聚异戊二烯橡胶。本发明主要将天然橡胶与顺式1,4-聚丁二烯橡胶按一定比例配合使用，利于降低生热并提高机械强度等方面。如天然橡胶用量低于30％，而顺式1,4-聚丁二烯橡胶的用量较高，如在70％以上，则会出现生热较高等问题。

所述基体橡胶包括40～80wt％的天然橡胶，优选包括50～70％的天然橡胶。天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，是应用最广的通用橡胶；其成分中91～94％是橡胶烃(聚异戊二烯)，其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。本发明对所述天然橡胶的来源没有特殊限制，采用市售产品即可。所述基体橡胶包括20～55wt％的顺式1,4-聚丁二烯橡胶，优选包括25～50％的顺丁橡胶。顺式1,4-聚丁二烯橡胶可简称为顺丁橡胶，主要由丁二烯聚合而成。本发明对所述顺式1,4-聚丁二烯橡胶的来源没有特殊限制；在本发明的实施例中，所述顺式1,4-聚丁二烯橡胶中乙烯基含量可为7～13wt％。本发明可选地采用低顺式1,4-聚丁二烯橡胶和高顺式1,4-聚丁二烯橡胶(顺式结构96％以上)中的一种或多种，优选采用低顺式1,4-聚丁二烯橡胶。

此外，所述基体橡胶包括0～5wt％的液体聚异戊二烯橡胶，优选包括1～4wt％的液体聚异戊二烯橡胶。液体聚异戊二烯橡胶属于常温下具有流动性的液体橡胶，流动性好、加工性好，具有合成橡胶的特性。在本发明的实施例中，所述液体聚异戊二烯橡胶的相对分子质量可为40000～50000。本发明优选采用液体聚异戊二烯橡胶，进一步提升轮胎性能。

并且，本发明所述橡胶组合物包含橡胶补强碳黑，即包括用于补强橡胶的碳黑。在本发明中，相对于100质量份的基体橡胶组分，所述橡胶组合物包括10～90质量份的橡胶补强碳黑，优选包括40～80份的橡胶补强碳黑，更优选包括50～75份的橡胶补强碳黑。碳黑又名炭黑，为黑色物质，表面积大，可作黑色颜料，也用作橡胶的补强剂。在本发明中，所述的碳黑是塔底油于反应炉内燃烧而成，但本发明对所述橡胶补强碳黑的来源并没有特殊限制。

本发明采用一定量的橡胶补强碳黑，如其用量过少，则影响补强等效果，过多的话，也不利于降低生热、方便加工等方面。在本发明的实施例中，所述橡胶补强碳黑包括第一碳黑和/或第二碳黑，可表示为碳黑1、碳黑2。其中，所述第一碳黑的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸油值(依据GB/T3780.2测定)为116.0-126.0mL/100g，碘吸收数(依据ASRMD-1510测定)为39.0-47.0mg I₂/g。其中，检测方法是公知的。所述第二碳黑的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸油值为81.0-101.0mL/100g，碘吸收数为32.0-40.0mg I₂/g。为使综合性能更好，本发明优选将第一碳黑和第二碳黑并用，两者的用量比例可为碳黑1/碳黑2：0/1～6.5/1。

本发明所述橡胶组合物除包括基体橡胶、橡胶补强碳黑之外，还包括橡胶组合物中的常用添加剂，例如：加工助剂、活性剂、防老剂、防焦剂、酚醛树脂、加硫促进剂、加硫剂。按质量份计，所述橡胶组合物包括1～10份的加工助剂，优选为3～8份。所述橡胶组合物包括2～8份的活性剂，优选为4～7份。所述橡胶组合物包括0.1～5份的防老剂，优选为0.5～4份。所述橡胶组合物包括1～10份的酚醛树脂，优选为2～8份。所述橡胶组合物包括1～5份的加硫促进剂，优选为2～4份。所述橡胶组合物包括0.1～5份的防焦剂，优选为0.1～2份。所述橡胶组合物包括1～8份的加硫剂，优选3～6份。

在本发明的优选实施例中，所述橡胶组合物按质量计包括：100份的基体橡胶；71.5～72份的橡胶补强碳黑；5份的加工助剂；6份的活性剂；0.5份的防老剂；3份的酚醛树脂；2份的加硫促进剂；0.1份的防焦剂；和4.52份的加硫剂。

上述添加剂采用本领域技术人员熟知的材料即可，本发明并无特殊限制。示例的，所述加工助剂可选自石蜡油、芳香烃油和环烷烃油中的一种或多种，优选芳香烃油。所述活性剂主要分为无机活性剂和有机活性剂，无机活性剂如氧化锌、氧化镁等，有机活性剂有硬脂酸、油酸等；本发明优选采用氧化锌和硬脂酸中的一种或两种。本发明中的树脂为酚醛树脂，其作用是能增加胶料较高的初始粘性，与橡胶的相容性较好，除了增粘作用外还起增塑剂和软化剂作用。在本发明实施例中，酚醛树脂的软化点可为85～95℃。

所述防老剂主要为胺系、酚系、喹啉系的各化合物，以及氨基甲酸金属盐等防老化剂等；本发明优选采用喹啉系防老剂。所述加硫促进剂包括噻唑系硫化促进剂(含有苯并噻唑基的硫化促进剂)、秋兰姆系硫化促进剂、胍系硫化促进剂、以及次磺酰胺系促进剂，本发明优选次磺酰胺系促进剂)。所述防焦剂主要为有机酸类、亚硝基化合物、次磺酰胺类化合物，优选为次磺酰胺类化合物。所述加硫剂包括硫磺粉、含硫化合物、有机过氧化物等，优选为硫磺粉。本发明实施例中的各组分协同作用，利于进一步提高轮胎性能。

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用于载重轮胎。

在本发明的实施例中，所述橡胶组合物用于制备LTR轮胎。在本发明的实施例中，所述橡胶组合物用于制备轮胎的胎侧胶和/或三角胶。图1为本发明实施例橡胶组合物应用的示意图，其中，①为橡胶组合物应用的胎侧胶部件，②为橡胶组合物应用的三角胶部件。另外，本发明对所应用的胎侧胶、三角胶的尺寸设计等没有特殊限制，采用常规的技术即可。

对于以上所述的橡胶组合物，本发明实施例可采用分步混炼的方式，如可以分为两个混炼阶段。其中，促进剂和加硫剂在最后阶段加入；其余物料都在初步混炼的阶段加入。在本发明的一些具体实施例中，应用所述橡胶组合物制备轮胎的方法包括：

初步混炼阶段，将生胶、橡胶补强碳黑、加工助剂、酚醛树脂、防老剂、(硫化)活性剂和防焦剂等按比例加入，进行初步混炼，混炼温度优选为140-160℃。

最后混炼阶段，将所述初步混炼所得胶料、促进剂和加硫剂按比例加入，进行最后混炼，混炼温度优选为90～105℃，得到轮胎橡胶。

制成轮胎后，本发明对其生热性、滚动阻力等进行测试。结果表明，采用本发明的橡胶组合物制成LTR轮胎胎侧胶等，其低发热性能较好，滚动阻力指数较高，且硬度符合设计需求，从而提升LTR轮胎的行驶耐久性。

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，所述加工助剂为芳香烃油VIVATEC 500，来自H&R GROUP；活性剂1为锌氧粉ZNO，来自陆昌化工/镇江白水化学，活性剂2为硬脂酸SA，来自丰益油脂；防老剂为2,2,4-三甲基-1，2-二氢化喹啉，TMQ，来自中国石化集团/山东尚舜化工；树脂为酚醛树脂，CS-7521，软化点(℃)：85～95，来自上海圣莱科特；加硫促进剂为N-环己基-2-苯丙噻唑次磺酰胺，CBS,来自山东戴瑞克；防焦剂为N-环己基硫代酞酰亚胺，CTP,来自山东阳谷华泰；加硫剂为硫磺粉(5％oil)，来自安徽京海化工/江西恒兴源)。

基体橡胶包括：天然橡胶(SCRWF,合盛天然胶(上海)有限公司)、顺式1,4-聚丁二烯橡胶1(Nipol BR1250H,低顺式，ML(1+4)：45～55，ZEON新加坡)、液体聚异戊二烯橡胶(LIR-50，溶液粘度(mPa.s)：24～36，熔融粘度(Pa.s)：300～700，日(KURARAY))。

实施例1～3

表1为实施例和比较例的组分含量，按照表1的组分配比，加入生胶、橡胶补强碳黑、加工助剂、树脂、防老剂、活性剂和防焦剂等，进行初步混炼，混炼温度为140-160℃，时间3min。然后，按比例加入促进剂和加硫剂进行混炼，混炼温度为90～105℃，时间2min，得到轮胎橡胶。

表1实施例和比较例的组分含量(数值单位：PHR(每百克份数))

其中，顺式1,4-聚丁二烯橡胶1(Nipol BR1250H,低顺式，ML(1+4)：45～55，ZEON新加坡)；

顺式1,4-聚丁二烯橡胶2(BR9000，顺式结构96％以上，ML(1+4):41～49，四川石化)。

比较例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。

按照图1所示，应用上述橡胶组合物得到胎侧胶和三角胶，对轮胎橡胶进行性能测试(具体测试方法如下)，结果参见表2。

1.邵氏A型硬度

使用邵氏硬度计，在23℃下对比较例和实施例的橡胶组合物制成的哑铃状试验片手动测定硬度。

2.拉伸试验

使用Alpha生产的T-2000拉伸试验机对比较例和实施例的橡胶组合物制成的哑铃状试验片在23℃下进行拉伸试验，以测定拉伸强度(TB)、断裂伸长率(EB)和100％定伸应力(M100)。

3.比重

依照ASTMD1817，使用电子比重计(MD-200S)在23℃下对比较例和实施例的橡胶组合物制成的试样进行比重测定。

4.发热性试验

使用UESHIMA生产的型号为FT-1260的发热试验机，在静态压力70N,频率30HZ的条件下，在温度70℃的条件下对比较例和实施例的橡胶组合物制成的试样测试15min，测出的数值代表生热性能，数值越低，发热越低，性能越好。

5.滚动阻力试验

使用UESHIMA生产的型号为VR7110的粘弹试验机，在最大应变0.2％、频率10Hz的条件下，在温度60℃的条件下测定比较例和实施例的橡胶组合物制成的试验片(厚度2±0.2mm)的tanδ(60℃)。以此值代表滚动阻力性能。将比较例1的值的倒数设定为100，作为指数，指数越大意味着tanδ(60℃)越小，在制成轮胎时的滚动阻力越低，滚动阻力性能越好。

表2实施例和比较例中轮胎橡胶的性能

注：生热性越低越好，滚动阻力指数越大越好。

从表2可以看出，实施例1-3的低发热性能相对比较例较好，滚动阻力指数比比较例要高，且硬度符合设计需求。本发明各组分综合作用，可在确保不增加轮胎重量的情况下降低轮胎的滚动阻力，减少生热，更好地提高轮胎的行驶里程。

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

1.一种载重轮胎的橡胶组合物，其特征在于，按质量份计，包括如下组分：

100份的基体橡胶；

10～90份的橡胶补强碳黑；

1～10份的加工助剂；

2～8份的活性剂；

0.1～5份的防老剂；

1～10份的酚醛树脂；

1～5份的加硫促进剂；

0.1～5份的防焦剂；

1～8份的加硫剂；

2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述基体橡胶包括1～4wt％的液体聚异戊二烯橡胶。

3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述顺式1,4-聚丁二烯橡胶中乙烯基含量为7～13wt％。

4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物包括40～80份的橡胶补强碳黑。

5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶补强碳黑包括第一碳黑和/或第二碳黑，所述第一碳黑的DBP吸油值为116.0～126.0mL/100g，碘吸收数为39.0～47.0mg I₂/g；所述第二碳黑的DBP吸油值为81.0～101.0mL/100g，碘吸收数为32.0～40.0mg I₂/g。

6.如权利要求1～5中任一项所述的橡胶组合物在制备轮胎中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述橡胶组合物用于制备LTR轮胎。

8.根据权利要求6或7所述的应用，其特征在于，所述橡胶组合物用于制备轮胎的胎侧胶和/或三角胶。

9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，应用所述橡胶组合物制备轮胎的方法包括：将生胶、橡胶补强碳黑、加工助剂、酚醛树脂、防老剂、活性剂和防焦剂按比例加入，进行初步混炼；将所述初步混炼所得胶料、加硫促进剂和加硫剂按比例加入，进行最后混炼，得到轮胎橡胶。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述初步混炼的温度为140～160℃，所述最后混炼的温度为90～105℃。