CN108472895A - 硅酮基可膨胀轮胎硫化胶囊 - Google Patents

Abstract

一种硅酮基料可膨胀硫化胶囊，其包括可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)组合物，所述组合物包括占组合物至少50‑99重量％的硅酮基料。硫化胶囊(20)包括硅酮基料和/或添加剂，所述添加剂选自由硅基橡胶、硅基化合物、硅酮着色剂、铂催化剂、抑制剂、活化剂、热稳定剂、交联剂和填料组成的组，用以增加具有长期耐久性的可膨胀硫化胶囊的释放性能。也相应地描述了优选借助压缩和/或传递成型或注射成型的生产方法。

Description

硅酮基可膨胀轮胎硫化胶囊

技术领域

本发明涉及可膨胀轮胎硫化胶囊(curing bladder)和使用其的轮胎的制造。

背景技术

在制造轮胎时，轮胎的实际成型是通过在生轮胎胎体内部对橡胶袋充气以促使轮胎在模具内成型而引起的。

硫化是通过使用可膨胀胶囊制造充气轮胎的生产过程之一。预先制备生轮胎构造并且随后将其放置在轮胎硫化模具中，其中使轮胎硫化以具有外部几何形状，例如螺纹图案。为了使轮胎成型，未硫化轮胎靠着模具表面向外膨胀以确保适当的接触。膨胀量通常为大型模具初始容积的1.5％-2％。胶囊用于在硫化模具内膨胀并使轮胎构造硫化。通常，在轮胎完全硫化之前，在胶囊的膨胀阶段期间在胶囊的外接触表面和生轮胎的内表面之间存在显著的运动。类似地，在轮胎成型和硫化之后，在轮胎塌缩和从轮胎剥离胶囊期间，在胶囊的外接触表面与轮胎的硫化内表面之间存在相当大的相对运动。

已知的应用建议使用氮气、热水或蒸汽来加热和膨胀胶囊，以便从胶囊向轮胎施加压力。从胶囊到轮胎的热传递支持模具内部的硫化过程。在打开模具前，通过胶囊提供冷却流体(例如冷水)。

在将胶囊从轮胎中取出期间，胶囊与轮胎之间的润滑不足可能导致粘连和硫化的轮胎损坏。在某些情况下，损坏可能会导致硫化的轮胎报废。在全自动轮胎压力机中，在成功取出前一个轮胎之前装载下一个轮胎由于粘连损坏不仅损坏轮胎，而且危害下一次操作。

US2013087953A1公开了包括弹性体组合物的硫化胶囊，所述弹性体组合物包括100重量份的弹性体、硫化剂和1phr-50phr的烃聚合物改性剂，其中所述弹性体包括至少一种异丁烯基弹性体，其中所述烃聚合物改性剂包括选自由间戊二烯、环戊二烯、芳族化合物、柠檬烯、蒎烯、戊烯及其组合组成的组的单体，并且其中环戊二烯占所述单体总重量的至少10重量％。

期望这种用于轮胎硫化的胶囊在物理和化学性能(诸如机械性能和耐蒸汽性方面)以及在耐久性、可分离性和可加工性方面优异。然而，主要使用丁基橡胶作为用于提高耐久性的这种胶囊的材料。

发明内容

本发明的目的是增加具有长期耐久性的可膨胀硫化胶囊的释放性能。

由于初始胶囊组合物的低粘附性，本发明能够获得具有改进的一组物理和机械性质和可加工性的胶囊。必须在胶囊和轮胎内表面之间有足够的释放力，以便在生胎和胶囊彼此摩擦时的成型过程期间允许胶囊的最佳滑动。

本发明的另一个目的是提高具有改进的可膨胀硫化胶囊的轮胎硫化过程的热传递性质。

为了实现上述目的，本发明的优选实施方式是一种可膨胀的轮胎硫化胶囊组合物，其包括占所述组合物至少50-99重量％的硅酮基料。选定量的硅酮基料防止硫化完成后胶囊粘到轮胎上。与由其他弹性体(例如可以是异丁烯)制成的胶囊相比，硅强化组合物增加了对用于使胶囊膨胀的热蒸汽温度的抵抗力和较低的胶囊厚度，这是因为热传递效率提高。在一个优选的实施方式中，所述硅酮基料小于或等于所述组合物的95重量％且大于或等于90重量％。令人惊讶的是，该组合物的大量硅化合物提供了所有所需的机械性质和令人满意的使用寿命。在另一个优选的实施方式中，该组合物还包括占所述组合物至少1重量％的至少一种添加剂，所述添加剂选自由活化剂批料、抑制剂批料和热稳定剂批料组成的组。添加剂进一步增强了胶囊的机械性质。在一个优选的实施方式中，所述活化剂批料占所述组合物的1重量％。优选地，所述抑制剂批料占所述组合物的0.5重量％。所述热稳定剂批料占所述组合物的1重量％。优选地，组合物还包括占所述组合物的2重量％的硅酮着色剂批料黑色(silicon color batch black)。

胶囊组合物的优选实施方式包括选自固体硅酮橡胶、液体硅酮橡胶、2成分硅酮橡胶(2-part silicone rubber)、硅酮橡胶、硅酮凝胶或混合物的硅酮基料。硫化胶囊的一种或多种化合物包括硅酮基料和/或添加剂，所述添加剂选自由硅基橡胶、硅基化合物、硅酮着色剂、铂催化剂、抑制剂、活化剂、热稳定剂、交联剂和填料组成的组。

优选地，组合物还包括占所述组合物的1重量％的活化剂批料。优选地，组合物还包括占所述组合物的0.5重量％的铂催化剂批料。为了实现上述目的，本发明包括含如下步骤的生产方法：将组合物的硅酮基料和添加剂化合物混合；加热所述组合物；以及借助注射成型来形成硫化胶囊。

本发明的硅酮基料是市售硅酮橡胶。它们通过交联可交联的硅酮组合物而制成。优选地，这种硅酮组合物选自由缩合、加成和过氧化物硫化硅酮组合物组成的组。而且，可以使用通过辐射(例如UV)使硅酮组合物交联。根据本发明，可选择室温下的可硫化硅酮组合物以用于热硫化。

附图说明

图1是具有题述可膨胀硫化胶囊的示例性轮胎硫化模具的横截面图。

附图标记

10未硫化轮胎 12内壁

14外壁 20可膨胀胶囊

22外壁 24内壁

30硫化模具 32上半部

34下半部 40加热流体入口

50硫化腔室

具体实施方式

在图1中，在横截面图中示出了布置有未硫化轮胎(10)构造的标准硫化模具(30)。硫化模具(30)具有两个可分离的半部，即上半部(32)和下半部(34)。上半部(32)可以升起、降下和倾斜。在硫化模具(30)的中心区域中，硫化腔室(50)以环形腔体形状形成。未硫化的生轮胎(10)包括径向向内的内壁(12)和相对的外壁(14)。具有组合物的可膨胀胶囊(20)包括总重量的95％的硅酮基料，硅酮基料布置在未硫化轮胎(10)内部。加热流体入口(40)设置在硫化模具(30)的下半部(34)处。加热流体入口(40)与硫化腔室(50)连通。作为通过入口(40)供给的加热流体的热蒸汽填充可膨胀胶囊(20)的内腔体并且在膨胀胶囊(20)的内壁(24)处产生压力。可膨胀胶囊(20)从内壁(12)抵压未硫化轮胎(10)并且利用刚性硫化腔室(50)增加硫化模具(30)内的内容积1.5％-2％。朝向内壁(24)施加的热蒸汽增加了可膨胀胶囊(20)处的温度并将热量传递给未硫化轮胎(10)以支持硫化过程。下表中示出了硅可膨胀胶囊(20)的示例组成。与异丁烯产品相比，可膨胀胶囊(20)的组成允许使用较低的厚度。因此，热传递效率增加。因此，硅酮橡胶的任务是以易于加工的形式提供，使得它们可以借助简单的方法应用和固定，并且不需要各种表面上的复杂制造系统。

在一个实施方式中，在硅酮基料之后，加入氢化催化剂。下面的示例用于说明本发明。除非另有说明，否则份数和百分比均以重量计。重量份数与容积份数有关，因为千克与升有关。硅酮由石英砂制成，这是一种几乎可以无限量使用的原材料。

硅酮基料是本发明的胶囊组合物的主要组分，并且可以选择为硅酮橡胶。未硫化(未固化)硅酮橡胶含有不同链长或聚硅氧烷链的聚合物。这些聚硅氧烷链总是具有硅-氧主链。一个硅原子有四个价电子，这就是为什么硅酮橡胶通常缩写为代表“季族基团(quaternary group)”的Q。硅酮橡胶的性质根据有机基团和化学结构而变化很大。有机基团可以是甲基、乙烯基、苯基或其他基团。取决于哪些有机基团存在。例如，聚二甲基硅氧烷表示其中两个甲基与硅氧烷主链结合的聚合物。包括乙烯基或苯基或三氟丙基取代基的一些聚二甲基硅氧烷基料组分可以用具有少量甲基的聚二甲基硅氧烷替换。

两个有机侧基(通常是甲基)连接到每个硅原子上。聚硅氧烷链决定了所有硅酮橡胶具有的基本材料性质，如耐热性和电气特性。未交联的硅酮橡胶需要硫化以将其转化为弹性体。可以应用分类为铂催化加成硫化、过氧化物硫化和缩合硫化的交联工艺中的一种。所有三种类型的交联都具有优点。在铂催化加成硫化期间，交联剂的Si-H基团与聚合物的乙烯基反应而形成三维网络。

硅酮橡胶可以通过硫化(固化)转化为硅酮弹性体。它们根据硫化方法、基料聚合物的粘度以及它们在高温还是室温下硫化进行分类。胶囊组合物包括选自固体硅酮橡胶、液体硅酮橡胶、2成分硅酮橡胶、硅酮橡胶、硅酮凝胶或其混合物的硅基料。固体硅酮橡胶含有具有高分子量和较长聚合物链的聚合物，并且它们是高温硫化的。液体硅酮橡胶含有较低分子量的聚合物，因此含有较短的链。它具有更好的流动性。液体硅酮橡胶总是加成硫化的(如铂催化或交联剂)。未硫化的硅酮橡胶通常只含有三种其他物质：交联剂、填料和添加剂。

需要交联剂将生橡胶转化为机械稳定的硫化产物。使用过氧化物或铂催化剂体系进行。

需要填料来加强弹性硅酮网络。填料的性质、组成和量对生橡胶和硫化橡胶的性质具有至关重要的影响。

包括液体硅酮橡胶产品的胶囊组合物是两部分硅酮橡胶等级(50:50)，其可以完全自动注射成型而不需要二次加工。其他添加剂与我们的硅酮橡胶等级一起使用，例如作为底涂剂和助粘剂以获得完美的附着力；或者作为脱模剂以用于零部件的无障碍脱模。

本发明的硅酮基料的特征在于其易加工性。优选实施方式的大多数应用涉及使用添加剂的步骤。本发明的配混组分优选以下列顺序混合：硅酮橡胶、稳定剂、着色剂、交联剂。在不容易加工的固体硅酮橡胶等级的情况下，交联剂和任何其他必需的添加剂、稳定剂或颜料糊剂在辊磨机中混合。本发明胶囊的优选实施方式的生产步骤包括辊磨机，其使用比在诸如水冷等温度控制下使用的辊磨机，并且摩擦力应布置成例如大约1:1.2。在本发明的具体用于胶囊应用的另一个实施方式中，通过加入稳定剂和其它添加剂可进一步增强固体硅酮橡胶的特殊性能。优选地，在引入糊剂添加剂之前，将硅酮橡胶匀化2分钟至10分钟。在本发明的优选实施方式中，优选在225℃至300℃之间使用热稳定剂。由于胶囊会暴露在极高的温度下，所以需要热稳定。过渡金属(如铁)的特殊氧化物和特殊炭黑特别适用于此目的。稳定剂的正确选择取决于交联剂、颜色和操作温度。在热老化的影响下，一些添加剂会导致硫化橡胶产品轻微的棕色变色。因此，在优选的实施方式中，优选使用着色化合物。本发明的另一个实施方式中，使用逆转稳定剂(reversion stabilizer)通过粘合来防止非后硫化橡胶产品(non-post cured rubber products)表面上的起霜效应。本发明的另一个实施方式使用了塑炼助剂。本发明的另一个实施方式使用脱模剂。其他添加剂可用于阻燃或泡沫批料。然后，通过将颜料糊剂与交联剂一起加入，均匀着色的材料将指示均匀的交联剂分布。此外，还搅拌混合物以提供均匀的颜色。在本发明中，用于优选应用的铂催化加成硫化化合物提供了无味产物，并且非挥发性过氧化物副产物被释放。透明制品在后硫化过程中不会变色，硫化速度快，因此循环时间短。硫化后的产品可容易脱模并且具有干燥表面。如果硅酮基料是作为即用型加工化合物的1部分化合物，则在橡胶配方中大多存在铂催化剂。在两部分体系中，稍后加入催化剂。

实施例1

本发明实施方式中优选的胶囊组合物由包括大于或等于80％至小于或等于99.9％的硅酮基料组分和1％至20％添加剂的混合物制成。添加剂混合物可以可选地包括至多5％的活化剂批料、至多1％的催化剂批料、至多1％的抑制剂批料、至多5％的热稳定剂批料、至多1％的交联剂批料、至多5％的着色剂批料、至多5％的填料批料、至多5％的其他组分或其任何组合。优选地，在一个实施方式中，胶囊组合物包括85％至97％的硅酮基料组分，最优选地包括90％至97％的硅酮基料组分，更优选地为95％。

实施例2

实施方式中的替代胶囊组合物优选由包括50％至99.9％硅酮基料组分和1％至10％添加剂的混合物制成。添加剂混合物可以可选地包括至多5％的活化剂批料、至多1％的催化剂批料、至多1％的抑制剂批料、至多5％的热稳定剂批料、至多1％的交联剂批料、至多5％的着色剂批料、至多5％的填料批料、至多5％的其他组分或其任何组合。可选地或另外地，在一个实施方式中，胶囊组合物包括0％至50％的橡胶组合物，优选地包括0％至33％的有机橡胶组分，更优选小于0.05％。

实施例3

实施方式中的胶囊组合物优选由包括50％至99.9％硅酮基料组分和1％至10％添加剂的混合物制成。添加剂混合物可以可选地包括至多5％的活化剂批料、至多1％的铂催化剂批料、至多1％的抑制剂批料、至多5％的热稳定剂批料、至多1％的交联剂批料、至多5％的硅着色剂批料黑色、至多5％的填料批料、至多5％的其他组分或其任何组合。引用的着色剂黑色可以选择不同的颜色。

实施例4

实施方式中的胶囊组合物优选由包括90％至97％硅酮基料组分和3％至10％添加剂的混合物制成。添加剂混合物可以可选地包括至多1％的活化剂批料、至多0.5％的铂催化剂批料、至多0.5％的抑制剂批料、至多1％的热稳定剂批料、至多2％的硅酮着色剂批料黑色组分或其任何组合。

实施例5

实施方式中的胶囊组合物优选由包括95％硅酮基料组分和优选5％添加剂的混合物制成。添加剂混合物可以可选地包括优选1％的活化剂批料、优选0.5％的铂催化剂批料、优选0.5％的抑制剂批料、优选1％的热稳定剂批料、优选2％的硅酮着色剂批料黑色组分或其任何组合。

实施例6

实施方式中的胶囊组合物优选由包括90％硅酮基料组分和优选10％添加剂的混合物制成。添加剂混合物可以可选地包括优选1％的活化剂批料、优选0.5％的铂催化剂批料、优选0.5％的抑制剂批料、优选1％的热稳定剂批料、优选2％的硅酮颜色批料黑色组分或其任何组合。

实施例7

实施方式中的胶囊组合物优选由包括97％硅酮基料组分和优选3％添加剂的混合物制成。添加剂混合物可以可选地包括优选1％的活化剂批料、优选0.5％的铂催化剂批料、优选0.5％的抑制剂批料、优选1％的热稳定剂批料、优选2％的硅酮着色剂批料黑色组分或其任何组合。

本发明的轮胎硫化胶囊的优选生产方法包括固体硅酮橡胶，其具有以下步骤：计量、混合组合物的硅基料和添加剂化合物、加热该组合物和注塑/形成硫化胶囊；并且具有活罐(pot live)，其防止因注射成型而过早硫化，这缩短了生产成本。本发明轮胎硫化胶囊的优选生产方法包括固体硅酮橡胶，其具有以下步骤：用组合物的硅基料和添加剂化合物填充模具；压制/硫化所述组合物；以及将硫化胶囊脱模。当硅酮基料包括固体硅橡胶时，胶囊的优选工艺选择是选择挤出、共挤出、压缩成型、传递成型、注射成型、刀片压延的工艺组。当硅酮基料包括液体硅橡胶时，胶囊的优选工艺选择是选择注射成型、刀片和低压填充的组。对于注射成型，对于压缩成型，过氧化物硫化和铂催化固体硅酮橡胶等级是优选的。包括压机的优选工艺通常是液压操作的，它们被例如用电或用蒸汽加热。为了用交联剂硫化过氧化物混合物，并且对于铂催化固体硅酮橡胶，优选选择约150℃至200℃的模具温度。这些温度不限制本发明的另一个实施方式和替代实施方式。温度起着重要的作用：要求尽可能地缩短硫化时间，从而缩短循环时间。此外，温度必须在适当的最高水平，而不会导致烧焦。硫化时间由组合物的温度、模具温度和部件的厚度决定。外部和内部脱模剂可用于辅助脱模。

理想情况下，硅酮橡胶制品不需要二次修整。但是在本发明的替代实施方式中，胶囊组合物必须后硫化。这涉及在高温下加热规定的时间。

Claims (13)

1.一种可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)组合物，其包括占所述组合物的至少50-99重量％的硅酮基料。

2.根据权利要求1所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，所述硅酮基料占所述组合物的大于或等于90重量％且小于或等于95重量％。

3.根据权利要求1所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，所述硅酮基料选自由固体硅酮橡胶、液体硅酮橡胶、2成分硅酮橡胶、硅酮橡胶、硅酮凝胶或混合物组成的组。

4.根据权利要求1所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，所述硫化胶囊(20)的一种或多种化合物包括硅酮基料和/或添加剂，所述添加剂选自由硅基橡胶、硅基化合物、硅酮着色剂、铂催化剂、抑制剂、活化剂、热稳定剂、交联剂和填料组成的组。

5.根据前述权利要求中任一项所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，所述组合物还包括占所述组合物至少1重量％的至少一种添加剂化合物，所述添加剂化合物选自由活化剂批料、抑制剂批料和热稳定剂批料组成的组。

6.根据权利要求3所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，所述活化剂批料小于或等于所述组合物的1重量％。

7.根据权利要求3所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，所述抑制剂批料小于或等于所述组合物的0.5重量％。

8.根据权利要求3所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，所述热稳定剂批料小于或等于所述组合物的1重量％。

9.根据前述权利要求中任一项所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，组合物还包括占所述组合物的2重量％的硅酮着色剂批料。

10.根据前述权利要求中任一项所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，组合物还包括小于或等于所述组合物的1重量％的活化剂批料。

11.根据前述权利要求中任一项所述的可膨胀的轮胎硫化胶囊(20)，其中，组合物还包括小于或等于所述组合物的0.5重量％的铂催化剂批料。

12.一种根据权利要求1-9所述的轮胎硫化胶囊(20)的生产方法，该方法包括以下步骤：将组合物的硅酮基料和添加剂化合物混合；加热所述组合物；以及借助注射成型来形成硫化胶囊(20)。

13.一种根据权利要求1-9所述的轮胎硫化胶囊(20)的生产方法，该方法包括以下步骤：借助压缩和/或传递成型，填充组合物的硅酮基料和添加剂化合物，压制/硫化所述组合物，以及使硫化胶囊(20)脱模。