CN108192169B - 一种抗湿滑安全轮胎胎面胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种抗湿滑安全轮胎胎面胶及其制备方法，属于胎面胶技术领域，其通过在胎面胶配方中以石墨烯复合胶的形式引入石墨烯，能够显著改善胎面胶的抗湿滑性能以满足抗湿滑安全轮胎的开发要求。该抗湿滑安全轮胎胎面胶包括按重量份计的如下组分：基体橡胶100份，石墨烯复合胶1‑30份，白炭黑40‑55份，炭黑25‑45份，硅烷偶联剂3‑4.5份，活性剂1‑6份，防老剂3‑5份，增粘树脂1‑4份，增塑剂5‑15份，硫化促进剂2‑5份，硫磺1‑3份；所述石墨烯复合胶由石墨烯和橡胶组成，其中石墨烯的质量分数为5％‑20％。

Description

一种抗湿滑安全轮胎胎面胶及其制备方法

技术领域

本发明属于胎面胶技术领域，尤其涉及一种抗湿滑安全轮胎胎面胶及其制备方法。

背景技术

抗湿滑性能是衡量轮胎行驶安全性，尤其是雨天的行驶安全性的一项重要指标。对于乘用车，因其具有较高的行驶速度，轮胎的抗湿滑性能显得尤为重要，在2012年强制执行的新欧洲法规标签中，已将抗湿滑性能作为强制要求的性能之一。雨天时，当汽车在湿路面行驶时，由于水的存在，轮胎胎面和路面之间存在一层水膜间隔，会使轮胎的湿抓着力大幅度下降，影响行驶安全性，因而，改善轮胎抗湿滑性能对于保障车辆的行驶安全具有重要意义。

目前，各大轮胎生产企业正在投入大量的研发力量进行抗湿滑安全轮胎的开发工作，以便获得更高的市场占有率。自1990年绿色轮胎概念提出以来，白炭黑开始替代炭黑应用于轮胎胎面胶中，以提高轮胎的抗湿滑性能，降低轮胎的滚动阻力。目前，轮胎抗湿滑性能的改善仍然主要依靠向胎面胶配方中添加大量的白炭黑来实现，然而，仅通过添加白炭黑获得的抗湿滑性能已越来越难以满足使用要求。

石墨烯具有强度高、韧性好、重量轻、导电和导热性佳等优异性能，将其加入橡胶中，能有效改善橡胶复合材料的机械、电、热等性能，已成为橡胶行业的研究热点。然而，在橡胶复合材料领域，石墨烯的研究方向多集中于提高复合材料的力学性能、耐磨性、导电性或者导热性等性能，在改善橡胶材料抗湿滑性能方面的研究较少。

发明内容

本发明的目的在于提出一种抗湿滑性能更好的抗湿滑安全轮胎胎面胶及其制备方法，通过在胎面胶配方中以石墨烯复合胶的形式引入石墨烯，显著改善了胎面胶的抗湿滑性能，能够满足抗湿滑安全轮胎的开发要求。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种抗湿滑安全轮胎胎面胶，包括按重量份计的如下组分：基体橡胶100份，石墨烯复合胶1-30份，白炭黑40-55份，炭黑25-45份，硅烷偶联剂3-4.5份，活性剂1-6份，防老剂3-5份，增粘树脂1-4份，增塑剂5-15份，硫化促进剂2-5份，硫磺1-3份；所述石墨烯复合胶由石墨烯和橡胶组成，其中石墨烯的质量分数为5％-20％。

作为优选，所述基体橡胶选自天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶和乳聚丁苯橡胶中的任意一种或多种。

作为优选，所述石墨烯复合胶中，石墨烯的质量分数为10％。

作为优选，所述石墨烯复合胶中，石墨烯的片层厚度为1-5nm、二维尺寸为100-500nm，橡胶为天然橡胶或丁苯橡胶。

作为优选，所述白炭黑为白炭黑1165MP或白炭黑7000GR，所述炭黑选自炭黑N115、炭黑N234、炭黑N375、炭黑N326和炭黑N330中的任意一种。

作为优选，所述硅烷偶联剂为Si-75或Si-69。

作为优选，所述防老剂选自防老剂6PPD、防老剂RD、单峰微晶蜡和双峰微晶蜡中的任意一种或多种。

作为优选，所述增粘树脂选自C5石油树脂、辛基酚醛增粘树脂和叔丁基酚醛增粘树脂中的任意一种；所述增塑剂选自芳烃油、环烷油和石蜡油中的任意一种。

作为优选，所述活性剂为硬脂酸和氧化锌的混合物，其中硬脂酸与氧化锌的质量比为(1:1)～(1:3.5)；所述硫化促进剂选自硫化促进剂CZ、硫化促进剂NS、硫化促进剂DZ或硫化促进剂D中的任意一种或多种；所述硫磺为不溶性硫磺或普通硫磺粉。

本发明还提供了一种上述任一项技术方案所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶的制备方法，包括如下步骤：

将基体橡胶置于密炼机中塑炼30-60s，再加入石墨烯复合胶、白炭黑、炭黑、硅烷偶联剂、活性剂、防老剂、增粘树脂、增塑剂混炼1.5-4min，混炼过程中密炼机的上顶栓提起3-5次，在140-150℃之间排胶，得到母炼胶；

将得到的母炼胶停放2-6h后，向所述母炼胶中加入硫化促进剂和硫磺，混炼8-15min，得到终炼胶；

将得到的终炼胶停放2-4h后，在150-165℃下硫化10-40min，得到所述抗湿滑安全轮胎胎面胶。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明提供的抗湿滑安全轮胎胎面胶，通过以石墨烯复合胶的形式加入石墨烯，能够有效提高胎面胶的抗湿滑性能，从而能够改善轮胎的行驶安全性；

2、本发明提供的抗湿滑安全轮胎胎面胶中，石墨烯以石墨烯复合胶的形式加入，由于石墨烯在石墨烯复合胶中已进行了预分散，因而将其加入基体橡胶中不易出现局部团聚现象，可大幅提高石墨烯在胎面胶中的分散度。

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。

本发明实施例提供了一种抗湿滑安全轮胎胎面胶，包括按重量份计的如下组分：基体橡胶100份，石墨烯复合胶1-30份，白炭黑40-55份，炭黑25-45份，硅烷偶联剂3-4.5份，活性剂1-6份，防老剂3-5份，增粘树脂1-4份，增塑剂5-15份，硫化促进剂2-5份，硫磺1-3份；所述石墨烯复合胶由石墨烯和橡胶组成，其中石墨烯的质量分数为5％-20％。

在上述抗湿滑安全轮胎胎面胶中，加入了石墨烯复合胶，由于石墨烯为非极性材料，其表面无极性基团，因而，石墨烯无法与橡胶直接反应并键接到橡胶分子链上，同时，石墨烯片层的表面积较大，橡胶无法包覆在其表面，在轮胎行驶过程中，胎面胶经轻微磨损后，未包覆橡胶的石墨烯粒子裸露在外面，硬的石墨烯粒子能够起到刺破水膜的作用，进而提高胎面胶的抗湿滑性能。

在一优选实施例中，所述基体橡胶选自天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶和乳聚丁苯橡胶中的任意一种或多种。本优选实施例列举了基体橡胶的具体种类，采用上述列举的这几种基体橡胶，相比于其他基体橡胶，更有利于获得抗湿滑性能良好的胎面胶。

在一优选实施例中，所述石墨烯复合胶中，石墨烯的质量分数为10％。需要说明的是，石墨烯复合胶中石墨烯的质量分数可以在5％-20％范围内调整，当石墨烯的质量分数高于20％时，石墨烯不易分散均匀，而且由于石墨烯材料价格昂贵，石墨烯的质量分数高于20％的石墨烯复合胶的生产成本较高；当石墨烯的质量分数低于5％时，要获得抗湿滑性能良好的胎面胶，必然需要加入较多的石墨烯复合胶，也会导致其生产成本较高。在本优选实施例中，对石墨烯复合胶中石墨烯的质量分数进行了优选，选用石墨烯含量为10％的石墨烯复合胶，能够在保证生产成本较低的前提下，获得抗湿滑性能更好的胎面胶。

在一优选实施例中，所述石墨烯复合胶中，石墨烯的片层厚度为1-5nm、二维尺寸为100-500nm，橡胶为天然橡胶或丁苯橡胶。本优选实施例具体限定了石墨烯复合胶中石墨烯的尺寸，并列举了橡胶的具体种类，采用天然橡胶或丁苯橡胶与上述尺寸的石墨烯进行复合，得到的石墨烯复合胶中，石墨烯的分散性较好，进而有利于保证石墨烯在胎面胶中的分散性。

在一优选实施例中，所述白炭黑为白炭黑1165MP或白炭黑7000GR，所述炭黑选自炭黑N115、炭黑N234、炭黑N375、炭黑N326和炭黑N330中的任意一种。本优选实施例列举了白炭黑和炭黑的具体种类，当然，白炭黑和炭黑的所选种类并不局限于上述所列举的，但凡可实现等同效果的其它白炭黑和炭黑种类均可选用。但从配方整体性考虑，采用上述种类的白炭黑，更有利于协助石墨烯对胎面胶的抗湿滑性能进行改善；采用上述种类的炭黑，更有利于保证胎面胶具有合适的耐磨性。

在一优选实施例中，所述硅烷偶联剂为Si-75或Si-69。本优选实施例列举了硅烷偶联剂的具体种类，可以理解的是，所选用的硅烷偶联剂并不局限于上述所列举的，本领域技术人员可根据实际情况选择加入，但考虑到配方的整体性，加入上述的硅烷偶联剂为优选选择。

在一优选实施例中，所述防老剂选自防老剂6PPD、防老剂RD、单峰微晶蜡和双峰微晶蜡中的任意一种或多种。本实施例中列举了防老剂的具体种类，当然，所选种类并不局限于上述所列举的，本领域技术人员均可根据需要进行调节或等同替换使用。

在一优选实施例中，所述增粘树脂选自C5石油树脂、辛基酚醛增粘树脂和叔丁基酚醛增粘树脂中的任意一种；所述增塑剂选自芳烃油、环烷油和石蜡油中的任意一种。本优选实施例中，具体列出了增粘树脂和增塑剂的可选择范围，本领域技术人员均可根据需要进行调节或等同替换使用，但从配方整体性考虑，选用本优选实施例所提供的上述组分可更好地获得综合性能良好的抗湿滑安全轮胎胎面胶。

在一优选实施例中，所述活性剂为硬脂酸和氧化锌的混合物，其中硬脂酸与氧化锌的质量比为(1:1)～(1:3.5)；所述硫化促进剂选自硫化促进剂CZ、硫化促进剂NS、硫化促进剂DZ或硫化促进剂D中的任意一种或多种；所述硫磺为不溶性硫磺或普通硫磺粉。本优选实施例列举了活性剂、硫化促进剂、硫磺的种类，采用上述列举的这些硫化促进剂和硫磺构成的硫化体系，并采用上述列举的这些活性剂进行活化，有利于基体橡胶和石墨烯复合胶的交联，有利于提高胎面胶的交联密度和耐老化性能。

本发明还提供了一种上述任一项实施例所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶的制备方法，包括如下步骤：

S1：将基体橡胶置于密炼机中塑炼30-60s，再加入石墨烯复合胶、白炭黑、炭黑、硅烷偶联剂、活性剂、防老剂、增粘树脂、增塑剂混炼1.5-4min，混炼过程中密炼机的上顶栓提起3-5次，在140-150℃之间排胶，得到母炼胶；

S2：将得到的母炼胶停放2-6h后，向所述母炼胶中加入硫化促进剂和硫磺，混炼8-15min，得到终炼胶；

S3：将得到的终炼胶停放2-4h后，在150-165℃下硫化10-40min，得到所述抗湿滑安全轮胎胎面胶。

在上述制备方法中，石墨烯以石墨烯复合胶的形式加入，避免了制备时石墨烯粉尘的飞溅，保障了车间安全，改善了车间工人的工作环境，同时避免了因石墨烯粉尘飞溅造成的成本上升。而且，采用该制备方法无需更改或添加现有密炼车间的任何生产设备，避免了因设备改造造成的成本上升。

为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的抗湿滑安全轮胎胎面胶及其制备方法，下面将结合具体实施例进行描述。

实施例1

抗湿滑安全轮胎胎面胶，包括按重量份计的如下组分：

其中，石墨烯复合胶由石墨烯和天然橡胶组成，其石墨烯的质量分数为10％，石墨烯的片层厚度在1-5nm之间、二维尺寸在100-500nm之间。

上述抗湿滑安全轮胎胎面胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将基体橡胶(天然橡胶、溶聚丁苯橡胶和乳聚丁苯橡胶)置于密炼机中塑炼40s，再加入石墨烯复合胶、白炭黑1165MP、炭黑N326、硅烷偶联剂Si-75、活性剂(硬脂酸和氧化锌)、防老剂(防老剂6PPD、防老剂RD和单峰微晶蜡)、增粘树脂(即C5石油树脂)、增塑剂(即芳烃油)，混炼3min，混炼过程中密炼机的上顶栓提起4次以加强混炼效果，在147℃下排胶，得到母炼胶；

(2)将得到的母炼胶停放5h后，向所述母炼胶中加入硫化促进剂D和硫化促进剂NS，以及不溶性硫磺，混炼10min，得到终炼胶；

(3)将得到的终炼胶停放3h后，在155℃下硫化30min，得到实施例1的抗湿滑安全轮胎胎面胶。

实施例2

抗湿滑安全轮胎胎面胶，包括按重量份计的如下组分：

其中，石墨烯复合胶由石墨烯和丁苯橡胶组成，其石墨烯的质量分数为10％，石墨烯的片层厚度在1-5nm之间、二维尺寸在100-500nm之间。

上述抗湿滑安全轮胎胎面胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将基体橡胶(溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶和顺丁橡胶)置于密炼机中塑炼50s，再加入石墨烯复合胶、白炭黑7000GR、炭黑N234、硅烷偶联剂Si-69、活性剂(硬脂酸和氧化锌)、防老剂(防老剂6PPD和双峰微晶蜡)、增粘树脂(即叔丁基酚醛增粘树脂)、增塑剂(即环烷油)，混炼2.5min，混炼过程中密炼机的上顶栓提起4次以加强混炼效果，在143℃下排胶，得到母炼胶；

(2)将得到的母炼胶停放4h后，向所述母炼胶中加入硫化促进剂D和硫化促进剂DZ，以及普通硫磺粉，混炼12min，得到终炼胶；

(3)将得到的终炼胶停放3h后，在160℃下硫化20min，得到实施例2的抗湿滑安全轮胎胎面胶。

实施例3

抗湿滑安全轮胎胎面胶，包括按重量份计的如下组分：

其中，石墨烯复合胶由石墨烯和丁苯橡胶组成，其石墨烯的质量分数为10％，石墨烯的片层厚度在1-5nm之间、二维尺寸在100-500nm之间。

上述抗湿滑安全轮胎胎面胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将基体橡胶(天然橡胶、溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶)置于密炼机中塑炼60s，再加入石墨烯复合胶、白炭黑7000GR、炭黑N115、硅烷偶联剂Si-75、活性剂(硬脂酸和氧化锌)、防老剂(防老剂6PPD、防老剂RD和双峰微晶蜡)、增粘树脂(即辛基酚醛增粘树脂)、增塑剂(即环烷油)，混炼1.5min，混炼过程中密炼机的上顶栓提起3次以加强混炼效果，在140℃下排胶，得到母炼胶；

(2)将得到的母炼胶停放2h后，向所述母炼胶中加入硫化促进剂D和硫化促进剂CZ，以及普通硫磺粉，混炼15min，得到终炼胶；

(3)将得到的终炼胶停放4h后，在165℃下硫化10min，得到实施例3的抗湿滑安全轮胎胎面胶。

对比例

普通胎面胶，包括按重量份计的如下组分：

上述普通胎面胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将基体橡胶(天然橡胶、溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶和顺丁橡胶)置于密炼机中塑炼30s，再加入白炭黑1165MP、炭黑N375、硅烷偶联剂Si-69、活性剂(硬脂酸和氧化锌)、防老剂(防老剂6PPD和单峰微晶蜡)、增粘树脂(即辛基酚醛增粘树脂)、增塑剂(即芳烃油)，混炼4min，混炼过程中密炼机的上顶栓提起5次以加强混炼效果，在150℃下排胶，得到母炼胶；

(2)将得到的母炼胶停放6h后，向所述母炼胶中加入硫化促进剂D和硫化促进剂CZ，以及普通硫磺粉，混炼8min，得到终炼胶；

(3)将得到的终炼胶停放2h后，在150℃下硫化40min，得到普通胎面胶。

性能测试

分别测试实施例1-3和对比例得到的胎面胶的性能，测试结果如表1所示。

表1性能测试结果

胎面胶的抗湿滑性能可由0℃的tanδ数值来表征，其数值越高，表明胎面胶的抗湿滑性能越好。由表1可见，与对比例相比，本发明加入石墨烯复合胶后制得的胎面胶，其0℃时tanδ明显提高，尤其是实施例2得到的胎面胶的0℃时tanδ提高了23.3％。这是由于石墨烯为非极性材料，其表面无极性基团，因而，石墨烯无法与橡胶直接反应并键接到橡胶分子链上，同时，石墨烯片层的表面积较大，橡胶无法包覆在其表面，胎面胶经轻微磨损后，未包覆橡胶的石墨烯粒子裸露在外面，硬的石墨烯粒子能够起到刺破水膜的作用，进而提高胎面胶的抗湿滑性能。由此说明，本发明提供的抗湿滑安全轮胎胎面胶，通过以石墨烯复合胶的形式加入石墨烯，能够有效提高胎面胶的抗湿滑性能，从而能够改善轮胎的行驶安全性。

Claims (9)

1.一种抗湿滑安全轮胎胎面胶，其特征在于，包括按重量份计的如下组分：基体橡胶100份，石墨烯复合胶1-30份，白炭黑40-45份，炭黑25-45份，硅烷偶联剂3-4.5份，活性剂1-6份，防老剂3-5份，增粘树脂1-4份，增塑剂5-15份，硫化促进剂2-5份，硫磺1-3份；所述石墨烯复合胶由石墨烯和橡胶组成，其中石墨烯的质量分数为5％-20％；所述石墨烯复合胶中，石墨烯的片层厚度为1-5nm、二维尺寸为100-500nm，橡胶为丁苯橡胶。

2.根据权利要求1所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶，其特征在于：所述基体橡胶选自天然橡胶、顺丁橡胶、溶聚丁苯橡胶和乳聚丁苯橡胶中的任意一种或多种。

3.根据权利要求1所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶，其特征在于：所述石墨烯复合胶中，石墨烯的质量分数为10％。

4.根据权利要求1所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶，其特征在于：所述白炭黑为白炭黑1165MP或白炭黑7000GR，所述炭黑选自炭黑N115、炭黑N234、炭黑N375、炭黑N326和炭黑N330中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶，其特征在于：所述硅烷偶联剂为Si-75或Si-69。

6.根据权利要求1所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶，其特征在于：所述防老剂选自防老剂6PPD、防老剂RD、单峰微晶蜡和双峰微晶蜡中的任意一种或多种。

7.根据权利要求1所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶，其特征在于：所述增粘树脂选自C5石油树脂、辛基酚醛增粘树脂和叔丁基酚醛增粘树脂中的任意一种；所述增塑剂选自芳烃油、环烷油和石蜡油中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶，其特征在于：所述活性剂为硬脂酸和氧化锌的混合物，其中硬脂酸与氧化锌的质量比为(1:1)～(1:3.5)；所述硫化促进剂选自硫化促进剂CZ、硫化促进剂NS、硫化促进剂DZ或硫化促进剂D中的任意一种或多种；所述硫磺为不溶性硫磺或普通硫磺粉。

9.权利要求1-8任一项所述的抗湿滑安全轮胎胎面胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将基体橡胶置于密炼机中塑炼30-60s，再加入石墨烯复合胶、白炭黑、炭黑、硅烷偶联剂、活性剂、防老剂、增粘树脂、增塑剂混炼1.5-4min，混炼过程中密炼机的上顶栓提起3-5次，在140-150℃之间排胶，得到母炼胶；

将得到的母炼胶停放2-6h后，向所述母炼胶中加入硫化促进剂和硫磺，混炼8-15min，得到终炼胶；

将得到的终炼胶停放2-4h后，在150-165℃下硫化10-40min，得到所述抗湿滑安全轮胎胎面胶。