CN108410031B - 一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料及制备方法 - Google Patents

一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料及制备方法。该轮胎胎面材料按质量份数，包括如下原料组分：橡胶100份，共聚树脂2~10份，炭黑40~80份，白炭黑5~20份，硅烷偶联剂1~2份，氧化锌3~5份，硬脂酸1~3份，防老剂2~5份，硫磺1~2份，促进剂1~3份，其中共聚树脂为芳香族单体、脂肪族单体与脂环族单体共聚而成的树脂。该轮胎胎面材料不仅保持高的拉伸强度，拉断伸长率增大，而且具有优越的撕裂强度、抗切割性能和耐屈挠性能。本发明的轮胎胎面材料采用三段混炼法进行制备，制备方法工艺简单，易于实现，有利于实现大规模工业化生产。

Description

一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料及制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶材料制备技术领域，特别涉及一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料及制备方法。
背景技术
矿用汽车的工程轮胎和越野汽车的山地轮胎，在砂石、锋利的矿石路面上行驶，轮胎胎面容易被石块划伤，出现裂纹、崩花掉块的现象，因此提高轮胎胎面的抗撕裂、耐切割、耐屈挠性能，有助于延长轮胎的使用寿命。
中国发明专利CN 105384978 A介绍了一种环保型工程机械轮胎耐切割胎面胶，提高了胎面胶的耐切割、耐刺扎性，然而没有涉及提高胎面胶的耐屈挠性能。
中国专利CN 105254854 A介绍了一种了松香改性的苯酚-DCPD树脂，来提高橡胶的抗撕裂性能。该树脂是主链具有高度刚性的抗撕裂树脂，并且利用松香与橡胶的良好相容性，提高橡胶的加工性能。
通过研究发现，在轮胎胎面材料中添加由芳香族单体、脂肪族单体与脂环族单体合成的共聚树脂，其中具有刚性的芳香族基团和脂环族基团能够抑制裂纹的扩展，提高撕裂性能，柔性的脂肪族基团与橡胶相容性良好，提高胶料的拉断伸长率，使胎面胶具有良好的耐屈挠性能。同时，通过调整配方中原料的种类和配比，优化加工工艺，得到高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。该轮胎胎面材料通过加入不同比例的单体合成的共聚树脂，优化原料配方，使橡胶材料的撕裂性能、耐切割和耐屈挠性能得到提高，形成高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
本发明的另一目的在于提供制备上述所述的一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的方法。
本发明的目的通过如下技术方案实现。
一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料，按质量份数计，包括如下原料组分：
Figure BDA0001607542030000021
优选的，所述橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶中的一种以上，优选为天然橡胶和丁苯橡胶的混合橡胶，进一步优选为80％天然橡胶和20％丁苯橡胶的混合橡胶。
优选的，所述共聚树脂为由芳香族单体、脂肪族单体与脂环族单体通过加压热聚法聚合而成的共聚树脂，其中，芳香族单体的质量分数为50％～70％，脂肪族单体的质量分数为20％～50％，脂环族单体的质量分数为5％～15％。
更优选的，所述芳香族单体选自苯乙烯、α-甲基苯乙烯、对甲基苯乙烯、茚和2-甲基茚中的一种以上。
更优选的，所述脂肪族单体选自乙烯、丙烯、丁二烯、戊二烯和辛烯中的一种以上。
更优选的，所述脂环族单体选自环戊二烯和双环戊二烯的一种以上。
优选的，所述炭黑为超耐磨炭黑、中超耐磨炭黑和高耐磨炭黑的一种以上，优选为中超耐磨炭黑，进一步优选为炭黑N234。
优选的，所述硅烷偶联剂包括硅烷偶联剂Si-69。
优选的，所述防老剂包括防老剂RD和防老剂4020中的一种以上。
优选的，所述促进剂包括促进剂NS。
制备上述任一项所述的一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的方法，采用三段混炼法进行制备，先在开炼机上薄通混匀橡胶，接着在密炼机内加热混炼，排胶、放置后，在开炼机上加入硫化体系并搓卷、打包后出片；
具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.2～1:1.5，将橡胶在开炼机上薄通3～8次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为30～50r/min，混炼温度为100～120℃，将混炼均匀的橡胶投入密炼室，混炼30～90秒；再将共聚树脂、氧化锌、硬脂酸及防老剂投入密炼室，混炼60～150秒；最后将炭黑、白炭黑及硅烷偶联剂投入密炼室，混炼180～300秒，排胶后放置12～48小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.2～1:1.5，将二段混炼胶在开炼机上薄通3～6次，加入硫磺和促进剂，搓卷、打包各3～5次后出片，得到所述高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料在保持了轮胎胎面材料包括拉伸强度的其他性能的前提下，能有效提高材料的抗撕裂、耐切割和耐曲饶性能，延长轮胎在苛刻环境中的使用寿命；
(2)本发明的制备方法工艺简单，易于实现，有利于实现大规模工业化生产。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
具体实施例中，采用的共聚树脂为由芳香族单体、脂肪族单体与脂环族单体通过加压热聚法聚合而成的共聚树脂，其中，芳香族单体的质量分数为50％～70％，脂肪族单体的质量分数为20％～50％，脂环族单体的质量分数为5％～15％。
对比例1
抗撕裂轮胎胎面胶材料
按质量份数计，该抗撕裂轮胎胎面胶材料的原料组分如表1所示。
表1抗撕裂轮胎胎面胶材料的原料组分
Figure BDA0001607542030000041
Figure BDA0001607542030000051
抗撕裂轮胎胎面胶材料的制备，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，在开炼机上将天然橡胶和丁苯橡胶各薄通3次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的天然橡胶和丁苯橡胶投入密炼室，混炼60秒，将氧化锌、硬脂酸、防老剂RD及防老剂4020投入密炼室，混炼120秒，将炭黑N234、白炭黑及硅烷偶联剂Si-69投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂NS，搓卷、打包各4次后出片，得到抗撕裂轮胎胎面胶材料。
实施例1
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料
按质量份数计，该高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分如表2所示。
表2高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分
Figure BDA0001607542030000061
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的制备，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，在开炼机上将天然橡胶和丁苯橡胶各薄通3次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的天然橡胶和丁苯橡胶投入密炼室，混炼60秒，将共聚树脂、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD及防老剂4020投入密炼室，混炼120秒，将炭黑N234、白炭黑及硅烷偶联剂Si-69投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂NS，搓卷、打包各4次后出片，得到高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
实施例2
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料
按质量份数计，该高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分如表3所示。
表3高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分
Figure BDA0001607542030000071
Figure BDA0001607542030000081
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的制备，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，在开炼机上将天然橡胶和丁苯橡胶各薄通3次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的天然橡胶和丁苯橡胶投入密炼室，混炼60秒，将共聚树脂、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD及防老剂4020投入密炼室，混炼120秒，将炭黑N234、白炭黑及硅烷偶联剂Si-69投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂NS，搓卷、打包各4次后出片，得到高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
实施例3
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料
按质量份数计，该高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分如表4所示。
表4高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分
Figure BDA0001607542030000082
Figure BDA0001607542030000091
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的制备，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，在开炼机上将天然橡胶和丁苯橡胶各薄通3次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的天然橡胶和丁苯橡胶投入密炼室，混炼60秒，将共聚树脂、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD及防老剂4020投入密炼室，混炼120秒，将炭黑N234、白炭黑及硅烷偶联剂Si-69投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂NS，搓卷、打包各4次后出片，得到高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
将对比例1以及实施例1～3制备的轮胎胎面材料在145℃下进行模压硫化制备硫化胶后，进行包括力学性能、抗切割以及耐屈挠性能的物理性能测试；其中，抗切割性能用动态抗切割仪以120次/分钟的频率连续切割20分钟进行测试，切割量越小，耐切割性能越好；10万次屈挠裂纹等级越小，抗屈挠性能越好；测试结果如表5所示。
表5实施例1～3以及对比例1制备的轮胎胎面材料的物理性能测试结果
Figure BDA0001607542030000101
由表5所示的物理性能测试结果可知，在轮胎胎面材料中加入共聚树脂后，不仅保持了对比例1高的拉伸强度，同时断裂伸长率极大提高，并且具有优越的撕裂强度、耐切割性能和耐屈挠性能；同时，随着共聚树脂中芳香族单体质量分数的增多，制备的胎面材料的撕裂强度、耐切割性能和耐屈挠性能更加优异。
对比例2
抗撕裂轮胎胎面胶材料
按质量份数计，该抗撕裂轮胎胎面胶材料的原料组分如表6所示。
表6抗撕裂轮胎胎面胶材料的原料组分
Figure BDA0001607542030000111
抗撕裂轮胎胎面胶材料的制备，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，在开炼机上将天然橡胶和丁苯橡胶各薄通3次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的天然橡胶和丁苯橡胶投入密炼室，混炼60秒，将氧化锌、硬脂酸、防老剂RD及防老剂4020投入密炼室，混炼120秒，将炭黑N234、白炭黑及硅烷偶联剂Si-69投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂NS，搓卷、打包各4次后出片，得到抗撕裂轮胎胎面胶材料。
实施例4
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料
按质量份数计，该高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分如表7所示。
表7高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分
Figure BDA0001607542030000121
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的制备，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，在开炼机上将天然橡胶和丁苯橡胶各薄通3次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的天然橡胶和丁苯橡胶投入密炼室，混炼60秒，将共聚树脂、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD及防老剂4020投入密炼室，混炼120秒，将炭黑N234、白炭黑及硅烷偶联剂Si-69投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂NS，搓卷、打包各4次后出片，得到高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
实施例5
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料
按质量份数计，该高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分如表8所示。
表8高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分
Figure BDA0001607542030000131
Figure BDA0001607542030000141
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的制备，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，在开炼机上将天然橡胶和丁苯橡胶各薄通3次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的天然橡胶和丁苯橡胶投入密炼室，混炼60秒，将共聚树脂、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD及防老剂4020投入密炼室，混炼120秒，将炭黑N234、白炭黑及硅烷偶联剂Si-69投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂NS，搓卷、打包各4次后出片，得到高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
实施例6
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料
按质量份数计，该高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分如表9所示。
表9高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的原料组分
Figure BDA0001607542030000151
高抗撕裂耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的制备，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，在开炼机上将天然橡胶和丁苯橡胶各薄通3次，并反复过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的天然橡胶和丁苯橡胶投入密炼室，混炼60秒，将共聚树脂、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD及防老剂4020投入密炼室，混炼120秒，将炭黑N234、白炭黑及硅烷偶联剂Si-69投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂NS，搓卷、打包各4次后出片，得到高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
将对比例2以及实施例4～6制备的轮胎胎面材料在145℃下进行模压硫化制备硫化胶后，进行包括力学性能、抗切割以及耐屈挠性能的物理性能测试；其中，抗切割性能用动态抗切割仪以120次/分钟的频率连续切割20分钟进行测试，切割量越小，耐切割性能越好；10万次屈挠裂纹等级越小，抗屈挠性能越好；测试结果如表10所示。
表10实施例4～6以及对比例2制备的轮胎胎面材料的物理性能测试结果
Figure BDA0001607542030000161
由表10所示的物理性能测试结果可知，在轮胎胎面材料中，随着加入共聚树脂量的增加，撕裂强度、耐切割性能和耐屈挠性能提高；当加入树脂的量过多时，撕裂强度、耐切割性能和耐屈挠性能提高不再显著，同时拉伸轻度降低较为明显，因此添加共聚树脂不宜过量。
以上实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式不受上述实施例限制，其他的任何未背离本发明精神实质与原理下所做的改变、修饰、代替、组合、简化均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料，其特征在于，按质量份数计，包括如下原料组分：
Figure FDF0000013966630000011
所述共聚树脂为由芳香族单体、脂肪族单体与脂环族单体通过加压热聚法聚合而成的共聚树脂，其中，所述芳香族单体的质量分数为70％，脂肪族单体的质量分数为20％，脂环族单体的质量分数为10％；
所述高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料的方法，采用三段混炼法进行制备，具体包括如下步骤：
(1)一段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将橡胶在开炼机上薄通3次，并过辊至混炼均匀；
(2)二段混炼：调节密炼机转子转速为40r/min，混炼温度为120℃，将混炼均匀的橡胶投入密炼室，混炼60秒；再将共聚树脂、氧化锌、硬脂酸及防老剂投入密炼室，混炼120秒；最后将炭黑、白炭黑及硅烷偶联剂投入密炼室，混炼240秒，排胶后放置24小时；
(3)三段混炼：调节开炼机辊温为室温，开通冷却水，前后辊速比调节为1:1.4，将二段混炼胶在开炼机上薄通5次，加入硫磺和促进剂，搓卷、打包各4次后出片，得到所述高撕裂性能耐切割耐屈挠的轮胎胎面材料。
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