CN109021340A - 一种耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料及其制备方法，由包括以下按重量份计量的原料制成：顺丁橡胶BR9000：10‑20份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：90‑80份，N234炭黑：10‑20份，zeosil 175MP白炭黑：60‑75份，硅烷偶联剂si‑69：4.8‑9.0份，环保芳烃油：25‑35份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对‑特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD‑75:1.3份。本发明通过对原料的组合并用，获得了耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料。
Description
技术领域
本发明涉及汽车轮胎，更具体地，本发明涉及一种耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料及其制备方法。
背景技术
轮胎是由多种材料组合而成，常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。一个普通的轮胎使用材料可达20种，对材料的选择可使轮胎具有不同的特性，比如提高缓冲性能或者提高耐磨性能等。
文件CN102408589A公开了一种轮胎胎面环保胶料组合及其制备方法，主要成分包括天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁胶、炭黑、氧化锌、硬脂酸、防老剂、C5树脂、硫磺、芳烃油、促进剂和均匀剂，芳烃油为环保芳烃油，硫磺为不溶性硫磺，该文件致力于获得一种环保轮胎，同时使轮胎具有较高的扯断强度、拉伸强度和硬度。尽管该文件所述的环保轮胎比普通轮胎的扯断强度、拉伸强度和硬度相对较高，但是其耐磨性、能耗经济性和安全性还可进一步提高。
文件CN102604170A公开了一种轮胎胎冠胶料及其混炼方法，胶料的组成原料的重量份为：天然橡胶60-80，顺丁橡胶BR9000 20-40，塑解剂0-0.4，中超耐磨炭黑10-30，白炭黑25-45，硅烷偶联剂3-7，氧化锌3-5，硬脂酸1-4，防老剂6PPD 1-3，防老剂RD 0-2，微晶石蜡1-3，硫磺1-3，促进剂1.5-2.5，脂肪酸盐类加工助剂4-6，抗硫化返原剂0-1，环保型芳烃油TDAE2-5，辛基酚醛增粘树脂1-3，防焦剂0-0.3。混炼时，分三段混炼，按要求部分配方原料先经胶料混炼后，再加入其它配方材料进行胶料混炼即可。此胎冠胶料配方生产出的胎冠胶产品综合加工性能好，胶料具有低声热、耐老化、耐撕裂、环保的特点，可用于生产绿色全钢子午线轮胎胎冠。尽管该文件公开的技术方案优化了胎冠胶的热老化性能，增加了材料回弹性，但因白炭黑在橡胶中分散性较差，使用过多的白炭黑会导致胶料加工困难，并且白炭黑用量越大，胶料加工性越差，因此限制了通过在胶料中使用更多白炭黑来改善胶料性能，因此其耐磨性、能耗经济性和安全性还可进一步提高。
发明内容
针对现有技术，本发明将顺丁橡胶BR9000与HPR355H组合使用在配方中，将炭黑和大量zeosil 175MP白炭黑并用于橡胶中，同时以硅烷偶联剂si-69和促进剂TBzTD-75协同促使zeosil 175MP白炭黑与橡胶形成化学键结合，使大量白炭黑应用到橡胶中时具有很好的分散性，获得了一种耐磨性、能耗经济性和安全性都较好的轿车胎面胶料原料配方，并提供轿车胎面胶料的制备方法。
本发明采用以下技术方案：
本发明所述的耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料，由包括以下按重量份计量的原料制成：
顺丁橡胶BR9000：10-20份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：90-80份，N234炭黑：10-20份，zeosil 175MP白炭黑：60-75份，硅烷偶联剂si-69：4.8-9.0份，环保芳烃油：25-35份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75:1.3份。
为了获得更加突出的技术效果，耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料可由包括以下按重量份计量的原料制成：
顺丁橡胶BR9000：10-15份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：85-90份，N234炭黑：10-15份，zeosil 175MP白炭黑：70-75份，硅烷偶联剂si-69：7.0-8.0份，环保芳烃油：28-35份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75:1.3份。
耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料的一种具体的配方包括以下按重量份计量的原料，胎面胶料由这些原料制成：
顺丁橡胶BR9000：10份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：90份，N234炭黑：10份，zeosil175MP白炭黑：75份，硅烷偶联剂si-69：8.0份，环保芳烃油：30份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75：1.3份。
耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料的另一种具体的配方包括以下按重量份计量的原料，胎面胶料由这些原料制成：
顺丁橡胶BR9000：13份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：87份，N234炭黑：15份，zeosil175MP白炭黑：75份，硅烷偶联剂si-69：7.5份，环保芳烃油：33份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75：1.3份。
上面列举的轿车胎面胶料原料配方中，所述不溶性硫磺选用HD-OT-20。
上面列举的轿车胎面胶料原料配方中，所述防老剂选用防老剂4020与防老剂TMQ按质量比1:4的混合物。
上面列举的轿车胎面胶料原料配方中，所述蜡选用2122H蜡。
本发明还提供了上述耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料的制备方法，首先按上述可行的原料比例进行配料，然后使用密炼机进行混炼，依次包括A、B、C、D四段混炼，其中A、B、C段混炼的机台转速为40r/min，D段混炼的机台转速为20r/min：
A段：
0秒投顺丁橡胶BR9000、溶聚丁苯橡胶HPR355H、活性氧化锌和N234炭黑，混炼过程中温度逐渐升高，至95℃时投1/2环保芳烃油，继续混炼，温度继续升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到150℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到一段胶；
B段：
0秒投一段胶、zeosil 175MP白炭黑、si-69和部分TBzTD-75，混炼过程中温度逐渐升高，至95℃时投剩余1/2环保芳烃油，继续混炼，温度继续升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到150℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到二段胶；
C段：
0秒投二段胶、硬脂酸、防老剂、蜡和对-特辛基酚醛增粘树脂，混炼过程中温度逐渐升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到140℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到三段胶；
D段：
0秒投三段胶、不溶性硫磺、促进剂CZ和剩余TBzTD-75，混炼过程中温度逐渐升高，至80℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到100℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到所述耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料。
尽管上述耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料的原料配方中，顺丁橡胶BR9000可采用10-15份，溶聚丁苯橡胶HPR355H可采用85-90份，但是在轿车胎面胶料中，顺丁橡胶BR9000和溶聚丁苯橡胶HPR355H的重量份之和应当为100份，比如当采用10份顺丁橡胶BR9000时，则同时采用90份溶聚丁苯橡胶HPR355H，当采用15份顺丁橡胶BR9000时，则同时采用85份溶聚丁苯橡胶HPR355H。顺丁橡胶BR9000和溶聚丁苯橡胶HPR355H组合并用，不仅可以提升轮胎的抗湿滑性能和耐磨性能，还能有效的降低轮胎的滚动阻力。
高分散性白炭黑虽然相对于普通白炭黑在胶料中的分散性更高，但是在胶料中的用量也受到了限制，过多使用高分散性白炭黑同样会导致胶料加工性能差，并且用量越高，胶料加工性能越差，这与白炭黑在胶料中的分散性相关。zeosil 175MP白炭黑也是一种高分散性白炭黑，它与N234炭黑并用在胶料中，较全炭黑补强的普通胎面配方胎面胶具有更好的湿滑性能和低滚动阻力，尤其当zeosil 175MP白炭黑用量达到N234炭黑用量的5-7倍时，二者改善胎面胶湿滑性能和降低滚动阻力的能力更强。配方中，每100份橡胶(顺丁橡胶和溶聚丁苯橡胶之和)可使用60-75份zeosil 175MP白炭黑，相对于现有技术，显著地提高了白炭黑在轮胎胶料中的用量，以此来改善轮胎的性能。
仅将大量的zeosil 175MP白炭黑用于轮胎胶料中是不能够达到改善轮胎性能的效果的，反而因其分散性差导致胶料加工性能差，为了使这些白炭黑能够参与到炭黑改善轮胎性能的工作中来，本发明在胶料中同时使用了硅烷偶联剂si-69(双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物)和促进剂TBzTD-75，研究发现，硅烷偶联剂si-69和促进剂TBzTD-75同时使用，能够促进zeosil 175MP白炭黑与橡胶形成化学键结合，增加白炭黑的分散性，充分发挥白炭黑的作用，尤其是当zeosil 175MP白炭黑使用量较大时，其促进分散的效果更佳明显。
配方中其他成分为轮胎中的常规使用成分。
本发明采用了四段混炼工艺，先在A段混炼时加入炭黑和一半环保芳烃，促进炭黑在一段胶中的分散性，然后在B段混练时加入白炭黑、si-69和TBzTD-75，以及另一半环保芳烃，促进白炭黑在一段胶中的分散性，若将炭黑与白炭黑在同一段混练时一次性投入混炼胶中，所得产品中炭黑与白炭黑分散性差，尤其是使用了大量的白炭黑时，反而导致橡胶加工性能差，最终使胎面胶料性能差。A、B段分别在95℃投环保芳烃，有助于炭黑与白炭黑的分散。
与现有技术相比，本发明的有益效果之一是：本发明在轮胎胎面胶料中将顺丁橡胶BR9000和溶聚丁苯橡胶HPR355H组合并用，将大量zeosil 175MP白炭黑与适量N234炭黑组合并用，将硅烷偶联剂si-69和促进剂TBzTD-75组合并用，获得了耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下述各段描述中，非特别指明的“份”均是指重量份。
实施例1
一、配方：
顺丁橡胶BR9000：10份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：90份，N234炭黑：10份，zeosil175MP白炭黑：75份，硅烷偶联剂si-69：8.0份，环保芳烃油：30份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份(其中防老剂4020 0.5份，防老剂TMQ 2份)，2122H蜡：1.5份，不溶性硫磺HD-OT-20：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75：1.3份。
二、混炼工艺
使用设备：F370密炼机。
装机容积：350kg。
机台转速：A、B、C三段为40r/min，D段为20r/min。
卸料条件：150℃。
加料顺序及对应工艺条件：
A段：
0秒投顺丁橡胶BR9000、溶聚丁苯橡胶HPR355H、活性氧化锌和N234炭黑，混炼过程中温度逐渐升高，至95℃时投1/2环保芳烃油，继续混炼，温度继续升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到150℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到一段胶；
B段：
0秒投一段胶、zeosil 175MP白炭黑、si-69和部分TBzTD-75，混炼过程中温度逐渐升高，至95℃时投剩余1/2环保芳烃油，继续混炼，温度继续升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到150℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到二段胶；
C段：
0秒投二段胶、硬脂酸、防老剂、2122H蜡和对-特辛基酚醛增粘树脂，混炼过程中温度逐渐升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到140℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到三段胶；
D段：
0秒投三段胶、不溶性硫磺HD-OT-20、促进剂CZ和剩余TBzTD-75，混炼过程中温度逐渐升高，至80℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到100℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到轿车胎面胶料，其性能测试数据见表1。
实施例2
一、配方：
顺丁橡胶BR9000：13份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：87份，N234炭黑：15份，zeosil175MP白炭黑：75份，硅烷偶联剂si-69：7.5份，环保芳烃油：33份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份(其中防老剂4020 0.5份，防老剂TMQ 2份)，2122H蜡：1.5份，不溶性硫磺HD-OT-20：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75：1.3份。
二、混炼工艺
与实施例1相同。
对比例1
配方：天然橡胶70份，顺丁橡胶BR9000 30份，塑解剂a 0.3份,中超耐磨炭黑N23420份，高分散性白炭黑25-45份，硅烷偶联剂5份，氧化锌4份，硬脂酸2份，防老剂6PPD 3份，防老剂RD 1份，微晶石蜡3份，硫磺2份，促进剂CBS 2份，脂肪酸盐类加工助剂5份，抗硫化返原剂PK900 1份，环保型芳烃油TDAE 3份，辛基酚醛增粘树脂3份，防焦剂0.1份。
混炼工艺：
1、一段母炼：在密炼机里混炼，密炼机转速35-50r/min，混炼步骤为：
(1)将生胶、塑解剂加入到密炼机里，混炼20-40s；
(2)再将1/2炭黑、1/2白炭黑、硅烷偶联剂、加工助剂混炼到125-135℃，提上顶栓0-5s；
(3)反复提升上顶栓再加压混炼胶，当温度达到150℃-155℃排料，得到一段母炼胶料；
2、二段母炼：在密炼机里混炼，密炼机转速35-50r/min，混炼步骤为：
(1)将一段混炼好的母炼胶料加入密炼机混炼20-40s，然后将剩下的1/2炭黑、1/2白炭黑、氧化锌、硬脂酸、抗硫化返原剂、辛基酚醛增粘树脂、防老剂6PPD、微晶石蜡加入密炼机继续混练；
(2)当混炼胶料的温度达到120-135℃时将环保型芳烃油加入其中，继续混炼，当温度达到145-155℃停止混练，开始排料，得到二段母炼胶料；
3、终炼胶：在密炼机里混炼，密炼机转速20-25r/min，混炼步骤为：
(1)将二段母炼胶、硫磺、促进剂、防焦剂加入密炼机混炼30-40s后，提升上顶栓0-5s后继续加压混炼；
(2)重复提升上顶栓-加压混炼，当混炼胶的温度达到95-105℃停止混炼，开始排料，达到最终的混炼胶料，产品性能测试见表1。
表1硫化胶测试效果
从表1中的数据可以看出：实施例1和实施例2制备的产品阿克隆磨耗更低。
利用实施例1和对比例1的胶料制备汽车轮胎，然后对轮胎性能进行测试，得到数据见表2。
表2成品轮胎性能测试结果
从表2可以看出，利用本发明的胶料制备的轮胎，阿克隆磨耗较小，磨耗系数明显减小，油耗量小(较现有普通胎面配方下降6％)，干湿路面刹车距离缩短(较现有普通胎面配方分别缩短5.2％和7％)，可见本发明获得了耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (8)
1.一种耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料，其特征在于由包括以下按重量份计量的原料制成：
顺丁橡胶BR9000：10-20份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：90-80份，N234炭黑：10-20份，zeosil 175MP白炭黑：60-75份，硅烷偶联剂si-69：4.8-9.0份，环保芳烃油：25-35份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75:1.3份。
2.根据权利要求1所述的耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料，其特征在于由包括以下按重量份计量的原料制成：
顺丁橡胶BR9000：10-15份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：85-90份，N234炭黑：10-15份，zeosil 175MP白炭黑：70-75份，硅烷偶联剂si-69：7.0-8.0份，环保芳烃油：28-35份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75:1.3份。
3.根据权利要求1所述的耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料，其特征在于由包括以下按重量份计量的原料制成：
顺丁橡胶BR9000：10份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：90份，N234炭黑：10份，zeosil 175MP白炭黑：75份，硅烷偶联剂si-69：8.0份，环保芳烃油：30份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75：1.3份。
4.根据权利要求1所述的耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料，其特征在于由包括以下按重量份计量的原料制成：
顺丁橡胶BR9000：13份，溶聚丁苯橡胶HPR355H：87份，N234炭黑：15份，zeosil 175MP白炭黑：75份，硅烷偶联剂si-69：7.5份，环保芳烃油：33份，活性氧化锌：2.5份，硬脂酸：2.0份，对-特辛基酚醛增粘树脂：2.0份，防老剂：2.5份，蜡：1.5份，不溶性硫磺：2.8份，促进剂CZ：1.5份，促进剂TBzTD-75：1.3份。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料，其特征在于所述不溶性硫磺选用HD-OT-20。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料，其特征在于所述防老剂选用防老剂4020与防老剂TMQ按质量比1:4的混合物。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料，其特征在于所述蜡选用2122H蜡。
8.一种制备权利要求1-4任意一项所述的耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料的方法，其特征在于按权利要求1-4任意一项所述的原料比例进行配料，使用密炼机进行混炼，依次包括A、B、C、D四段混炼，其中A、B、C段混炼的机台转速为40r/min，D段混炼的机台转速为20r/min：
A段：
0秒投顺丁橡胶BR9000、溶聚丁苯橡胶HPR355H、活性氧化锌和N234炭黑，混炼过程中温度逐渐升高，至95℃时投1/2环保芳烃油，继续混炼，温度继续升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到150℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到一段胶；
B段：
0秒投一段胶、zeosil 175MP白炭黑、si-69和部分TBzTD-75，混炼过程中温度逐渐升高，至95℃时投剩余1/2环保芳烃油，继续混炼，温度继续升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到150℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到二段胶；
C段：
0秒投二段胶、硬脂酸、防老剂、蜡和对-特辛基酚醛增粘树脂，混炼过程中温度逐渐升高，至130℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到140℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到三段胶；
D段：
0秒投三段胶、不溶性硫磺、促进剂CZ和剩余TBzTD-75，混炼过程中温度逐渐升高，至80℃时上顶栓清扫，继续混炼至温度升高到100℃，卸料；停放至少24h且保持胶片温度在室温，得到所述耐磨低能耗高安全性的轿车胎面胶料。
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