CN109456513B - 一种耐磨轮胎橡胶及其制备方法 - Google Patents

一种耐磨轮胎橡胶及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种耐磨轮胎橡胶及其制备方法，所述耐磨轮胎橡胶包含以下重量份的原料：天然橡胶25～40份、顺丁橡胶10～15份、丁苯橡胶20～50份、炭黑10～25份、改性碳化硅5～15份、硫化剂1～3份、硫化促进剂1～4份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂2～5份、石蜡2～3份。本发明配方简单，利用改性碳化硅的高耐磨性提高轮胎的耐磨性能，降低了橡胶的热氧老化，延长使用寿命。最终所制备耐磨轮胎的耐磨效果加强、抗撕裂、散热快、质量高、使用寿命长。

Description

一种耐磨轮胎橡胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及轮胎技术领域，具体涉及一种耐磨轮胎橡胶。
背景技术
随着中国高速公路和重工业的快速发展，我国的汽车用量和高速公路里程数不断增加，随之带来的轮胎寿命问题引起了越来越多的关注。通常情况下，轮胎的安全行驶里程是6～8万公里，使用寿命约为5年，在高温天气情况和高行驶速度、高负载以及处于恶劣路况的情况下，轮胎使用寿命还会降低。我国的废旧轮胎年生产量1100万吨以上，而回收率不足50%，对环境产生了极大压力。研发生产耐磨性能好、使用寿命长、滚动阻力低、干湿路面抓着性能好等优点的轮胎适应新兴市场的需求。
碳化硅具有硬度高、耐磨性好、热导率高、化学稳定性高等优点，并且碳化硅的粒径越小，性能越优异。但碳化硅呈表面惰性，与橡胶之间的相容性和结合性较差，摩擦过程中会被从橡胶表面拔出，甚至会产生应力集中使材料失效；并且细粒度（粒径小于3微米）的碳化硅微粉易发生团聚，难以均匀分散在橡胶基体中，使细粒度碳化硅的优势难以发挥，因此需对其进行改性处理。松装密度是粉末在规定条件下自由充满标准容器后所测得的堆积密度，即粉末松散填装时单位体积的质量。一般来说，松装密度越小，说明粉末表面留下空隙越大，越容易分散到橡胶基体中。表面包覆层厚度对于改性碳化硅与橡胶基体之间的相容性和界面性非常重要，表面包覆层厚度过低，则改性不完全，改性碳化硅与橡胶基体之间的相容性仍较差；表面包覆层厚度过高，虽然改性碳化硅与橡胶基体之间的相容性提高非常大，但由于界面层过厚，会降低热传导性能。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种耐磨效果好、抗撕裂、散热快、使用寿命长的耐磨轮胎橡胶。
本发明所要解决的第二个技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种耐磨效果好、抗撕裂、散热快、使用寿命长的耐磨轮胎橡胶的制备方法。
为解决上述第一个技术问题，本发明的技术方案是：
一种耐磨轮胎橡胶，所述耐磨轮胎橡胶包含以下重量份的原料：天然橡胶25～40份、顺丁橡胶10～15份、丁苯橡胶20～50份、炭黑10～25份、改性碳化硅5～15份、硫化剂1～3份、硫化促进剂1～4份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂2～5份、石蜡2～3份。
作为一种改进的技术方案，所述改性碳化硅是使用多巴胺改性得到的。
作为一种改进的技术方案，所述改性碳化硅的平均粒径为0.5μm，粒径分布为0.2～1μm，松装密度为0.6～1.2g/m3，表面包覆层厚度为2～10nm，扫描电镜观察无明显团聚。
作为一种改进的技术方案，所述改性碳化硅的制备方法为：取碳化硅分散于水中，加入多巴胺混合，混合液中多巴胺的浓度为2～20g/L，然后加入Tris或氢氧化钠调节混合液pH值为7～10，室温条件下搅拌反应2～24h，离心、洗涤收集产物，冷冻干燥或喷雾干燥得到所述改性碳化硅。
为解决上述第二个技术问题，本发明的技术方案是：
耐磨轮胎橡胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）按重量份数计，将天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、改性碳化硅、一半重量的炭黑投入密炼机进行混炼，混炼温度140～165℃，混炼3～5分钟，排胶得到一段混炼胶。
（2）将一段混炼胶与剩余的炭黑、氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡投入密炼机进行混炼，混炼温度140～165℃，混炼3～5分钟，排胶得到二段混炼胶。
（3）将二段混炼胶、硫化剂、硫化促进剂投入密炼机进行混炼，混炼温度90～110℃，混炼2～3分钟，排胶得到终炼胶。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的耐磨轮胎橡胶包含以下重量份的原料：天然橡胶25～40份、顺丁橡胶10～15份、丁苯橡胶20～50份、炭黑10～25份、改性碳化硅5～15份、硫化剂1～3份、硫化促进剂1～4份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂2～5份、石蜡2～3份，本发明配方简单，改性碳化硅使用多巴胺进行改性，通过冷冻干燥或喷雾干燥制得松装密度较低的改性碳化硅微粉，使其均匀分散于橡胶中，并与橡胶基体形成良好的相容性，部分代替传统轮胎所使用的补强填料炭黑，利用改性碳化硅的高耐磨性提高轮胎的耐磨性能。另外，碳化硅具有高温热导性，通过控制表面包覆层厚度，可以在保持改性纳米碳化硅与橡胶基体之间良好相容性的同时，形成良好的热传导界面，有利于将轮胎在行驶过程产生的热量快速导出，降低橡胶的热氧老化，延长使用寿命。最终，所制备耐磨轮胎的耐磨效果加强、抗撕裂、散热快、质量高、使用寿命长。可用于出租车、长途汽车等使用时间长的耐磨轮胎，以及农用车等在特殊路况、复杂路况上行驶所需要的耐磨轮胎。
具体实施方式
下面结合具体的实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例 1
一种耐磨轮胎橡胶，所述耐磨轮胎橡胶含有以下重量份的原料：天然橡胶30份、顺丁橡胶12份、丁苯橡胶22份、炭黑10份、多巴胺改性碳化硅8份、硫磺1份、硫化促进剂1份、氧化锌2份、硬脂酸1份、防老剂2份、石蜡2份。
实施例 2
一种耐磨轮胎橡胶，所述耐磨轮胎橡胶包含以下重量份的原料：天然橡胶30份、顺丁橡胶13份、丁苯橡胶35份、炭黑15份、改性碳化硅10份、硫磺1.5份、硫化促进剂2份、氧化锌3份、硬脂酸1.5份、防老剂3份、石蜡2.5份。所述改性碳化硅的制备方法为：取碳化硅分散于水中，加入多巴胺混合，混合液中多巴胺的浓度为10g/L，然后加入氢氧化钠调节混合液pH值为8，室温条件下搅拌反应6h，离心、洗涤收集产物，冷冻干燥或喷雾干燥得到所述改性碳化硅，所述改性碳化硅的平均粒径为0.5μm，粒径分布为0.2～0.6μm，松装密度为0.62g/m3，表面包覆层厚度为3nm，扫描电镜观察无明显团聚。
实施例 3
一种耐磨轮胎橡胶，所述耐磨轮胎橡胶包含以下重量份的原料：天然橡胶35份、顺丁橡胶12份、丁苯橡胶40份、炭黑20份、改性碳化硅12份、硫磺2份、硫化促进剂2份、氧化锌4份、硬脂酸3份、防老剂3.5份、石蜡2.5份。所述改性碳化硅的制备方法为：取碳化硅分散于水中，加入多巴胺混合，混合液中多巴胺的浓度为12g/L，然后加入Tris调节混合液pH值为9，室温条件下搅拌反应10 h，离心、洗涤收集产物，冷冻干燥或喷雾干燥得到所述改性碳化硅，所述改性碳化硅的平均粒径为0.5μm，粒径分布为0.3～0.5μm，松装密度为0.63g/m3，表面包覆层厚度为4nm，扫描电镜观察无明显团聚。
实施例 4
一种耐磨轮胎橡胶，所述耐磨轮胎橡胶包含以下重量份的原料：天然橡胶30份、顺丁橡胶14份、丁苯橡胶38份、炭黑22份、改性碳化硅15份、硫磺2份、硫化促进剂3份、氧化锌3份、硬脂酸2.5份、防老剂3份、石蜡3份。所述改性碳化硅的制备方法为：取碳化硅分散于水中，加入多巴胺混合，混合液中多巴胺的浓度为16g/L，然后加入氢氧化钠调节混合液pH值为8.5，室温条件下搅拌反应12 h，离心、洗涤收集产物，冷冻干燥或喷雾干燥得到所述改性碳化硅，所述改性碳化硅的平均粒径为0.5μm，粒径分布为0.3～0.6μm，松装密度为0.77g/m3，表面包覆层厚度为5nm，扫描电镜观察无明显团聚。
实施例 5
（1）使用实施例2的原料，将天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、改性碳化硅、一半重量的炭黑投入密炼机进行混炼，混炼温度148℃，混炼5分钟，排胶得到一段混炼胶。
（2）将一段混炼胶与剩余的炭黑、氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡投入密炼机进行混炼，混炼温度148℃，混炼5分钟，排胶得到二段混炼胶。
（3）将二段混炼胶、硫化剂、硫化促进剂投入密炼机进行混炼，混炼温度102℃，混炼3分钟，排胶得到终炼胶。
实施例 6
（1）使用实施例3的原料，将天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、改性碳化硅、一半重量的炭黑投入密炼机进行混炼，混炼温度158℃，混炼3分钟，排胶得到一段混炼胶。
（2）将一段混炼胶与剩余的炭黑、氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡投入密炼机进行混炼，混炼温度158℃，混炼3分钟，排胶得到二段混炼胶。
（3）将二段混炼胶、硫化剂、硫化促进剂投入密炼机进行混炼，混炼温度105℃，混炼3分钟，排胶得到终炼胶。
实施例 7
（1）使用实施例4的原料，将天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、改性碳化硅、一半重量的炭黑投入密炼机进行混炼，混炼温度155℃，混炼4分钟，排胶得到一段混炼胶。
（2）将一段混炼胶与剩余的炭黑、氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡投入密炼机进行混炼，混炼温度155℃，混炼4分钟，排胶得到二段混炼胶。
（3）将二段混炼胶、硫化剂、硫化促进剂投入密炼机进行混炼，混炼温度100℃，混炼3分钟，排胶得到终炼胶。
对比实验例 1
对比实验例1跟实施例5的区别在于，改性碳化硅的制备方法为，采用KH550改性：取碳化硅分散于无水乙醇中，加入乙酸溶液调节溶液pH值为3，然后加入KH550的无水乙醇溶液，60℃反应0.5h，离心、洗涤收集产物，冷冻干燥得到改性碳化硅。
对比实验例 2
对比实验例2跟实施例5的区别在于，改性碳化硅的制备方法为，采用KH570改性：取碳化硅分散于无水乙醇中，加入乙酸溶液调节溶液pH值为3，然后加入KH570的无水乙醇溶液，60℃反应0.5h，离心、洗涤收集产物，冷冻干燥得到改性碳化硅。
对比实验例 3
对比实验例3跟实施例5的区别在于，所述改性碳化硅的松装密度为1.5g/m3，表面包覆层厚度为12nm。
对比实验例 4
对比实验例4跟实施例5的区别在于，所述改性碳化硅的松装密度为0.5g/m3，表面包覆层厚度为1.5nm。
实施例5-7以及对比实验例1-4制备得到的轮胎橡胶料的性能指标见下表1。
Figure 364056DEST_PATH_IMAGE002
根据实施例5-7和对比实验例1-4可以看出，使用多巴胺改性碳化硅制备耐磨轮胎所得复合材料的阿克隆磨耗较小，说明耐磨性提高；tanδ@ 0℃较大，说明抗湿滑性（湿抓地力）增强；tanδ@ 25℃较大，说明干抓地力较强;导热系数较大，说明热传导性提高。

Claims (3)

1.一种耐磨轮胎橡胶，其特征在于所述耐磨轮胎橡胶包含以下重量份的原料：天然橡胶25～40份、顺丁橡胶10～15份、丁苯橡胶20～50份、炭黑10～25份、改性碳化硅5～15份、硫化剂1～3份、硫化促进剂1～4份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂2～5份、石蜡2～3份；所述改性碳化硅是使用多巴胺改性得到的；所述改性碳化硅的平均粒径为0.5μm，粒径分布为0.2～1μm，松装密度为0.6～1.2g/m3，表面包覆层厚度为2～10nm。
2.如权利要求1所述的耐磨轮胎橡胶，其特征在于所述改性碳化硅的制备方法为：取碳化硅分散于水中，加入多巴胺混合，混合液中多巴胺的浓度为2～20g/L，然后调节混合液pH值为7～10，室温条件下搅拌反应2～24h，离心、洗涤收集产物，冷冻干燥或喷雾干燥得到所述改性碳化硅。
3.如权利要求1所述的耐磨轮胎橡胶的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)按重量份数计，将天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、改性碳化硅、一半重量的炭黑投入密炼机进行混炼，混炼温度140～165℃，混炼3～5分钟，排胶得到一段混炼胶；
(2)将一段混炼胶与剩余的炭黑、氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡投入密炼机进行混炼，混炼温度140～165℃，混炼3～5分钟，排胶得到二段混炼胶；
(3)将二段混炼胶、硫化剂、硫化促进剂投入密炼机进行混炼，混炼温度90～110℃，混炼2～3分钟，排胶得到终炼胶。
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