CN108707261A - 一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料与制备方法 - Google Patents

Abstract

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料与制备方法，涉及轮胎橡胶技术领域，由以下重量份组分制成，丁苯橡胶100‑150份、炭黑20‑80份、白炭黑10‑50份、纳米稀土粉20‑30份，玻璃棉粉末10‑30份、乙酰化脂肪酸甘油酯20‑30份、填充油10‑20份、磺化促进剂5‑10份、去离子水20‑40份、改性玉米芯10‑60份。高性能轮胎胎面橡胶工程材料的制备方法包括以下步骤：1)混合：按对应重量份依次称取各组分加入到搅拌机中，边加入边搅拌，制得混合料；(2)成型：将步骤(1)所制得的混合料加入到热熔胶机中进行热熔挤压成型即可。本发明制得的轮胎胎面具有很好的耐磨耐高温性，抗冲击性能好，抗老化性能强，机械强度高，有很好的推广价值。

Description

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料与制备方法

技术领域

本发明涉及轮胎橡胶技术领域，具体涉及一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料与制备方法。

背景技术

汽车轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与路面接触，和汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的乘座舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面有良好的附着性；提高汽车的牵引性、制动性和通过性；承受着汽车的重量，轮胎在汽车上所起的重要作用越来越受到人们的重视。橡胶制品具有特殊的高弹性，优异的耐磨、减震、绝缘和密封等性能，广泛应用于交通运输、日常生活、文体娱乐和医疗卫生等方面。

丁苯橡胶是由丁二烯和苯乙烯共聚制得的，是产量最大的通用合成橡胶，有乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶和热塑性橡胶。与天然胶比较，品质均匀，异物少，具有较好耐磨性及耐老化性，但机械强度则较弱，抗冲击性能差，使用寿命短，因此也限制了其使用推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种机械强度高，耐高温耐磨耐老化性能好，有很好的市场推广价值的高性能轮胎胎面橡胶工程材料与制备方法。

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料，由以下重量份组分制成：丁苯橡胶100-150份、炭黑20-80份、白炭黑10-50份、纳米稀土粉20-30份，玻璃棉粉末10-30份、乙酰化脂肪酸甘油酯20-30份、填充油10-20份、磺化促进剂5-10份、去离子水20-40份、改性玉米芯10-60份；所述改性玉米芯由以下重量份组分制成：玉米芯80-150份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物10-50份、硅烷偶联剂5-7份、大豆卵磷脂1-5份、凹凸棒土3-7份、三氯化铁3-5份、丙三醇4-6份、聚乙烯蜡2-5份、碳酸钙3-7份。

优选的，由以下重量份组分制成：丁苯橡胶100份、炭黑50份、白炭黑30份、纳米稀土粉25份，玻璃棉粉末20份、乙酰化脂肪酸甘油酯25份、填充油15份、磺化促进剂7.5份、去离子水30份、改性玉米芯35份；所述改性玉米芯由以下重量份组分制成：玉米芯115份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30份、硅烷偶联剂6份、大豆卵磷脂3份、凹凸棒土5份、三氯化铁4份、丙三醇5份、聚乙烯蜡3.5份、碳酸钙5份。

进一步的，所述改性玉米芯的制备方法，包括以下步骤：

1)预处理：将纯净水均匀喷洒在玉米芯上，然后将玉米芯装入自封袋内密封浸润10-14小时，得浸润后的玉米芯；

2)蒸汽爆破：将步骤1)浸润后的玉米芯加入到高压罐内，设定高压罐内的蒸汽压为1-2MPa，罐内温度为120-160℃，以氮气为保护气体，相对湿度为80-90％，维压时间为2-5分钟，然后快速泄压、降温至常温常压，取出玉米芯备用；

3)改性：将步骤1)处理后的玉米芯同乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅烷偶联剂、大豆卵磷脂、凹凸棒土、三氯化铁、丙三醇、聚乙烯蜡、碳酸钙一起加入到研磨机中，研磨机的转速为200-300转/分钟，研磨时间为1-2小时，获得混合物；

4)微波活化：将步骤3)获得的混合物加入到微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温，获得活化混合物；

5)干燥：将步骤4)获得的活化混合物进行干燥，干燥之后进行粉碎再过100目筛即获得改性玉米芯。

进一步的，所述步骤4)微波活化的温度为400-500℃，活化时间为20-30分钟。

进一步的，所述步骤5)中干燥后的混合物含水率为10-15％。

本发明玉米芯中有效成分粗纤维的百分比约为25-30％，可增加轮胎与地面间的磨擦力，达到增大牵引力的效果，延长轮胎使用寿命，但是纤维的溶解性很差，对轮胎的生产过程有一定的阻碍，降低了轮胎的质地。本发明将步骤3)获得的混合物进行微波活化，提高填充剂的流变性能，既能提高轮胎的机械性能，又能很好地改善轮胎胎面质地。

本发明乙烯-醋酸乙烯酯共聚物具有良好的柔软性，橡胶般的弹性，在-50℃下仍能够具有较好的可挠性，透明性和表面光泽性好，化学稳定性良好，抗老化和耐臭氧强度好，无毒性。与其他填料的掺混性好，着色和成型加工性好，有效率改善了整体的耐问耐磨特性。硅烷偶联剂具有双重功效，使白炭黑的补强性能和复合材料的防老化性能均大幅提高，并且由于使用该硅烷偶联剂的复合材料不须添加防老剂，起到简化配方的作用。

本发明碳酸钙是一种发泡剂，大豆卵磷脂起到表面活性剂的作用，提升了活性基团的含量，增强了成分间的相容结合能力，利于物料成分自身特性的充分发挥，可与发泡剂碳酸钙配合提升发泡的均匀性，增强整体的使用功效。

本发明凹凸棒土具有独特的晶体结构，作为一种增稠剂，相比较一般的增稠剂，凹凸棒土能够有效地避免其他成分沉淀，同时使组分之间牢固均匀结合，防凹凸，结合微波活化处理，改善整体的流变性和触变性。三氯化铁是一种凝聚剂，促进各组份聚合在一起，以增强轮胎胎面的强度、抗腐蚀性和防水性。

本发明聚乙烯蜡，具有其优良的耐热性、耐化学性和耐磨性，结合微波活化处理的作用增强填充剂的扩散，提高挤压成型速率，增大模具流量，脱模便利，提高产品脱膜后的表面光亮度及光滑度。

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)混合：按对应重量份依次称取丁苯橡胶、炭黑、白炭黑、纳米稀土粉，玻璃棉粉末、乙酰化脂肪酸甘油酯、填充油、磺化促进剂、去离子水、改性玉米芯加入到搅拌机中，边加入边搅拌，搅拌的温度为70-90℃，搅拌机的转速为300-500转/分钟，搅拌的时间为1-2小时，制得混合料；

(2)成型：将步骤(1)所制得的混合料加入到热熔胶机中进行热熔挤压成型即可。

本发明玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机质纤维。具有成型好、体积密度小、热导率彽、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定的特点。

本发明以丁苯橡胶、炭黑、白炭黑为主要基础成分，经过合理的配比后，改善了单一成分存在的综合性能弱的问题，且加工特性较好，添加的改性玉米芯与基础成分的相容性、粘合性较好，又能提升整体的抗老化，耐高温耐磨特性，优化了轮胎胎面的机械强度，配合纳纳米稀土粉，玻璃棉粉末、乙酰化脂肪酸甘油酯、填充油、磺化促进剂等的添加，还能进一步提升轮胎胎面的耐温耐磨、抗冲击性能，提高轮胎的使用寿命。

本发明的有益效果是：本发明制得的轮胎胎面具有很好的耐磨耐高温性，抗冲击性能好，抗老化性能强，机械强度高，有很好的推广价值。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料，由以下重量份组分制成：丁苯橡胶100份、炭黑20份、白炭黑10份、纳米稀土粉20份，玻璃棉粉末10份、乙酰化脂肪酸甘油酯20份、填充油10份、磺化促进剂5份、去离子水20份、改性玉米芯10份；所述改性玉米芯由以下重量份组分制成：玉米芯80份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物10份、硅烷偶联剂5份、大豆卵磷脂1份、凹凸棒土3份、三氯化铁3份、丙三醇4份、聚乙烯蜡2份、碳酸钙3份。

所述改性玉米芯的制备方法包括以下步骤：

1)预处理：将纯净水均匀喷洒在玉米芯上，然后将玉米芯装入自封袋内密封浸润10小时，得浸润后的玉米芯；

2)蒸汽爆破：将步骤1)浸润后的玉米芯加入到高压罐内，设定高压罐内的蒸汽压为1MPa，罐内温度为120℃，以氮气为保护气体，相对湿度为80％，维压时间为2分钟，然后快速泄压、降温至常温常压，取出玉米芯备用；

3)改性：将步骤1)处理后的玉米芯同乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅烷偶联剂、大豆卵磷脂、凹凸棒土、三氯化铁、丙三醇、聚乙烯蜡、碳酸钙一起加入到研磨机中，研磨机的转速为200转/分钟，研磨时间为1小时，获得混合物；

4)微波活化：将步骤3)获得的混合物加入到微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温，获得活化混合物；

5)干燥：将步骤4)获得的活化混合物进行干燥，干燥之后进行粉碎再过100目筛即获得改性玉米芯。

所述步骤4)微波活化的温度为400℃，活化时间为20分钟。

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)混合：按对应重量份依次称取丁苯橡胶、炭黑、白炭黑、纳米稀土粉，玻璃棉粉末、乙酰化脂肪酸甘油酯、填充油、磺化促进剂、去离子水、改性玉米芯加入到搅拌机中，边加入边搅拌，搅拌的温度为70℃，搅拌机的转速为300转/分钟，搅拌的时间为1小时，制得混合料；

(2)成型：将步骤(1)所制得的混合料加入到热熔胶机中进行热熔挤压成型即可。

实施例2

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料，由以下重量份组分制成：丁苯橡胶100份、炭黑50份、白炭黑30份、纳米稀土粉25份，玻璃棉粉末20份、乙酰化脂肪酸甘油酯25份、填充油15份、磺化促进剂7.5份、去离子水30份、改性玉米芯35份；所述改性玉米芯由以下重量份组分制成：玉米芯115份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30份、硅烷偶联剂6份、大豆卵磷脂3份、凹凸棒土5份、三氯化铁4份、丙三醇5份、聚乙烯蜡3.5份、碳酸钙5份。

所述改性玉米芯的制备方法包括以下步骤：

1)预处理：将纯净水均匀喷洒在玉米芯上，然后将玉米芯装入自封袋内密封浸润12.5小时，得浸润后的玉米芯；

2)蒸汽爆破：将步骤1)浸润后的玉米芯加入到高压罐内，设定高压罐内的蒸汽压为1.5MPa，罐内温度为140℃，以氮气为保护气体，相对湿度为85％，维压时间为3.5分钟，然后快速泄压、降温至常温常压，取出玉米芯备用；

3)改性：将步骤1)处理后的玉米芯同乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅烷偶联剂、大豆卵磷脂、凹凸棒土、三氯化铁、丙三醇、聚乙烯蜡、碳酸钙一起加入到研磨机中，研磨机的转速为250转/分钟，研磨时间为1.5小时，获得混合物；

4)微波活化：将步骤3)获得的混合物加入到微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温，获得活化混合物；

5)干燥：将步骤4)获得的活化混合物进行干燥，干燥之后进行粉碎再过100目筛即获得改性玉米芯。

所述步骤4)微波活化的温度为450℃，活化时间为25分钟。

所述步骤5)中干燥后的混合物含水率为12.5％。

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)混合：按对应重量份依次称取丁苯橡胶、炭黑、白炭黑、纳米稀土粉，玻璃棉粉末、乙酰化脂肪酸甘油酯、填充油、磺化促进剂、去离子水、改性玉米芯加入到搅拌机中，边加入边搅拌，搅拌的温度为80℃，搅拌机的转速为400转/分钟，搅拌的时间为1.5小时，制得混合料；

(2)成型：将步骤(1)所制得的混合料加入到热熔胶机中进行热熔挤压成型即可。

实施例3

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料，由以下重量份组分制成：丁苯橡胶150份、炭黑80份、白炭黑50份、纳米稀土粉30份，玻璃棉粉末30份、乙酰化脂肪酸甘油酯30份、填充油20份、磺化促进剂10份、去离子水40份、改性玉米芯60份；所述改性玉米芯由以下重量份组分制成：玉米芯150份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物50份、硅烷偶联剂7份、大豆卵磷脂5份、凹凸棒土7份、三氯化铁5份、丙三醇6份、聚乙烯蜡5份、碳酸钙7份。

所述改性玉米芯的制备方法包括以下步骤：

1)预处理：将纯净水均匀喷洒在玉米芯上，然后将玉米芯装入自封袋内密封浸润14小时，得浸润后的玉米芯；

2)蒸汽爆破：将步骤1)浸润后的玉米芯加入到高压罐内，设定高压罐内的蒸汽压为2MPa，罐内温度为160℃，以氮气为保护气体，相对湿度为90％，维压时间为5分钟，然后快速泄压、降温至常温常压，取出玉米芯备用；

3)改性：将步骤1)处理后的玉米芯同乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅烷偶联剂、大豆卵磷脂、凹凸棒土、三氯化铁、丙三醇、聚乙烯蜡、碳酸钙一起加入到研磨机中，研磨机的转速为300转/分钟，研磨时间为2小时，获得混合物；

4)微波活化：将步骤3)获得的混合物加入到微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温，获得活化混合物；

5)干燥：将步骤4)获得的活化混合物进行干燥，干燥之后进行粉碎再过100目筛即获得改性玉米芯。

所述步骤4)微波活化的温度为500℃，活化时间为30分钟。

所述步骤5)中干燥后的混合物含水率为15％。

一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)混合：按对应重量份依次称取丁苯橡胶、炭黑、白炭黑、纳米稀土粉，玻璃棉粉末、乙酰化脂肪酸甘油酯、填充油、磺化促进剂、去离子水、改性玉米芯加入到搅拌机中，边加入边搅拌，搅拌的温度为90℃，搅拌机的转速为500转/分钟，搅拌的时间为2小时，制得混合料；

(2)成型：将步骤(1)所制得的混合料加入到热熔胶机中进行热熔挤压成型即可。

对比实施例1

本对比实施例1与实施例1相比，不对玉米芯做任何改性处理，即用等重量份的普通玉米芯取代改性玉米芯，除此外的方法步骤均相同。

对比实施例2

本对比实施例2与实施例2相比，其成分中不含有改性玉米芯，除此外的方法步骤均相同。

对比实施例3

本对比实施例3与实施例2相比，省去步骤4)，除此外的方法步骤均相同。

对照组

申请号为201710810375.8公开的用于标准测试的轮胎胎面橡胶组合物。

为了对比本发明效果，对上述五种方式对应的轮胎胎面橡胶工程材料进行性能测试，下表1为相应的对比数据：

表1

从上述表格可以看出，在与对照组的轮胎胎面组合物相比，本发明本发明制得的轮胎胎面具有很好的耐磨耐高温性，抗冲击性能好，抗老化性能强，机械强度高，有很好的推广价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种高性能轮胎胎面橡胶工程材料，其特征在于：由以下重量份组分制成：丁苯橡胶100-150份、炭黑20-80份、白炭黑10-50份、纳米稀土粉20-30份，玻璃棉粉末10-30份、乙酰化脂肪酸甘油酯20-30份、填充油10-20份、磺化促进剂5-10份、去离子水20-40份、改性玉米芯10-60份；所述改性玉米芯由以下重量份组分制成：玉米芯80-150份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物10-50份、硅烷偶联剂5-7份、大豆卵磷脂1-5份、凹凸棒土3-7份、三氯化铁3-5份、丙三醇4-6份、聚乙烯蜡2-5份、碳酸钙3-7份。

2.根据权利要求1所述的高性能轮胎胎面橡胶工程材料，其特征在于，由以下重量份组分制成：丁苯橡胶100份、炭黑50份、白炭黑30份、纳米稀土粉25份，玻璃棉粉末20份、乙酰化脂肪酸甘油酯25份、填充油15份、磺化促进剂7.5份、去离子水30份、改性玉米芯35份；所述改性玉米芯由以下重量份组分制成：玉米芯115份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30份、硅烷偶联剂6份、大豆卵磷脂3份、凹凸棒土5份、三氯化铁4份、丙三醇5份、聚乙烯蜡3.5份、碳酸钙5份。

3.根据权利要求1或2所述的高性能轮胎胎面橡胶工程材料，其特征在于，所述改性玉米芯的制备方法包括以下步骤：

1)预处理：将纯净水均匀喷洒在玉米芯上，然后将玉米芯装入自封袋内密封浸润10-14小时，得浸润后的玉米芯；

2)蒸汽爆破：将步骤1)浸润后的玉米芯加入到高压罐内，设定高压罐内的蒸汽压为1-2MPa，罐内温度为120-160℃，以氮气为保护气体，相对湿度为80-90％，维压时间为2-5分钟，然后快速泄压、降温至常温常压，取出玉米芯备用；

3)改性：将步骤1)处理后的玉米芯同乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、硅烷偶联剂、大豆卵磷脂、凹凸棒土、三氯化铁、丙三醇、聚乙烯蜡、碳酸钙一起加入到研磨机中，研磨机的转速为200-300转/分钟，研磨时间为1-2小时，获得混合物；

4)微波活化：将步骤3)获得的混合物加入到微波反应炉中进行活化，活化反应结束后自然冷却到室温，获得活化混合物；

5)干燥：将步骤4)获得的活化混合物进行干燥，干燥之后进行粉碎再过100目筛即获得改性玉米芯。

4.根据权利要求3所述的高性能轮胎胎面橡胶工程材料，其特征在于，所述步骤4)微波活化的温度为400-500℃，活化时间为20-30分钟。

5.根据权利要求3所述的高性能轮胎胎面橡胶工程材料，其特征在于，所述步骤5)中干燥后的混合物含水率为10-15％。

6.一种如权利要求1或2所述的高性能轮胎胎面橡胶工程材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)混合：按对应重量份依次称取丁苯橡胶、炭黑、白炭黑、纳米稀土粉，玻璃棉粉末、乙酰化脂肪酸甘油酯、填充油、磺化促进剂、去离子水、改性玉米芯加入到搅拌机中，边加入边搅拌，搅拌的温度为70-90℃，搅拌机的转速为300-500转/分钟，搅拌的时间为1-2小时，制得混合料；

(2)成型：将步骤(1)所制得的混合料加入到热熔胶机中进行热熔挤压成型即可。