CN109942909B

CN109942909B - 一种橡胶组合物及其应用

Info

Publication number: CN109942909B
Application number: CN201910180909.2A
Authority: CN
Inventors: 刘永强; 姜斌; 许建欣; 慈婷楠; 鞠志明
Original assignee: Prinx Chengshan Shandong Tire Co Ltd
Current assignee: Prinx Chengshan Shandong Tire Co Ltd
Priority date: 2019-03-11
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2021-03-16
Anticipated expiration: 2039-03-11
Also published as: CN109942909A

Abstract

本发明提供了一种橡胶组合物及其应用，包括：橡胶组分，40‑60phr的炭黑，以及1‑5phr的异辛酸锌，该橡胶组合物可提高轮胎的撕裂强度，适用于制备耐刺扎抗掉块的轮胎胎面。本发明提供的橡胶组合物，通过向传统的橡胶配方中加入异辛酸锌，并对其组分配比进行了筛选和优化，明显改善了橡胶组合物的硬度、撕裂强度以及耐磨性能，可以应用于制备轮胎的胎面部位，延长轮胎的使用寿命，特别适用于在恶劣路况下行驶的全钢子午线轮胎。

Description

一种橡胶组合物及其应用

技术领域

本发明涉及轮胎橡胶材料技术领域，尤其涉及一种橡胶组合物及其应用。

背景技术

为了适应不同道路运输条件的要求，全钢子午线轮胎在进行配方设计时需要考虑的性能特点亦不相同。在一般路况下主要考虑轮胎磨耗、生热性能，在中长途运输条件下需要首先考虑轮胎磨耗性能，而在矿区、山区等非铺装恶劣路况条件下首先需要考虑轮胎耐刺扎抗掉块性能。为了适应如矿区、山区等非铺装恶劣路况条件的要求，除需要提高轮胎的硬度和撕裂强度外，还应当重点关注轮胎的耐刺扎、抗崩花掉块性能。

通常情况下，在配方设计时仅考虑橡胶组分中生胶品种、比例以及炭黑品种、份数就可以满足普通路况的使用要求，而在矿区或者山区这类完全没有铺装条件的路况下，传统的配方体系难以满足使用要求。因此，在轮胎特别是载重型的全钢子午线轮胎的胶料组分中加入合适的助剂，使其在矿区、山区等恶劣路况下可以耐刺扎、抗掉块，延长其使用寿命，已成为实际运输中急需解决的重要问题。

脂肪酸锌皂在轮胎胶料的实际生产中可以起到降低门尼粘度、改善白炭黑的流动性、增强橡胶塑性的作用，但市售的脂肪酸锌皂助剂多为饱和脂肪酸锌和不饱和脂肪酸锌的混合物，制得的胎面胶料的撕裂强度较低，当应用于载重型全钢子午线轮胎，并在未铺装的路况下长途行驶时，其耐磨耗、耐刺扎、抗掉块性能并不理想。

申请公布号CN108727648A的中国发明专利申请公开了一种天然橡胶-丁苯橡胶组合物材料、其制备方法和应用。该方案提供的橡胶组合物中未使用抗撕裂剂，所得橡胶组合物材料的硬度和撕裂强度较低，适用于汽车扭力梁衬套阻尼，并不适用于在恶劣路况下行驶的子午线轮胎。

申请公布号CN107652489A的中国发明专利申请公开了一种低锌胎面用橡胶组合物，在橡胶组分中用脂肪酸锌类化合物和脂肪酸稀土金属类化合物来代替氧化锌和脂肪酸等硫化剂，以提高轮胎的抗湿滑性能。该方案仅提供硬脂酸锌和硬脂酸镧的混合物促进橡胶硫化，并没有对脂肪酸锌类化合物和脂肪酸稀土类化合物进行进一步筛选或优化，同时所得橡胶组合物材料的撕裂强度很低，在恶劣路况下行驶的刺扎掉块现象非常明显。

发明内容

为了解决上述问题，一方面，本发明提供了一种橡胶组合物，包括：橡胶组分，40-60phr的炭黑，以及1-5phr的异辛酸锌。

其中，所述组合物中各组分以100phr橡胶组分为基准。本领域技术人员应当知晓，phr意为每百份橡胶含量[parts per hundreds of rubber(or resin)]，表示橡胶(或树脂)中添加剂的百分含量，例如：炭黑40phr代表每100g或100kg等质量单位橡胶(或树脂)添加炭黑40g或40kg等质量单位。

进一步地，上述橡胶组合物包括1.5-3phr的异辛酸锌；优选的，异辛酸锌在组合物中的含量可以是1.5phr、1.54phr、1.6phr、1.66phr、1.8phr、2.0phr、2.2phr、2.3phr、2.4phr、2.5phr。

进一步地，上述橡胶组合物还包括0.3-0.8phr的石蜡，优选的，石蜡可与异辛酸锌混合后联用。

在优选的实施方式中，异辛酸锌与石蜡联用的混合物构成了橡胶组合物中的抗撕裂剂，其中锌在抗撕裂剂中的含量≥15％，优选地，异辛酸锌在所述抗撕裂剂中的含量为75％-85％，更优选77％-83％，特别优选80％。实验表明，添加2-3phr的上述抗撕裂剂对提高橡胶组合物耐撕裂性能的效果最明显。

进一步地，橡胶组分选自顺式-1,4-聚异戊二烯(又称天然橡胶，nature rubber，NR)、3,4-聚异戊二烯、聚苯乙烯1,3-丁二烯共聚物(又称丁苯橡胶，styrene-butadienerubber，SBR)中的至少一种。

更进一步地，上述橡胶组分包括70-80phr的顺式-1,4-聚异戊二烯和20-30phr的聚苯乙烯1,3-丁二烯共聚物。

进一步地，炭黑的吸碘值为127±7g/kg，DBP吸收值为115±5 10^-5m³/kg。

在优选的实施方式中，所述炭黑为中超耐磨炭黑，粒径20-25nm。其中，所述橡胶组合物的抗撕裂性能主要与组分中橡胶组分的比例以及炭黑的型号和用量有关，实验表明，在本发明提供的橡胶组合物的橡胶和炭黑的组分配比下，其抗撕裂性能可以得到有效提高。

进一步地，上述橡胶组合物还包括增塑剂、防老剂和硫化剂；所述增塑剂选自环保芳烃油(treated distillate aromatic extract，TDAE)、残留芳烃抽提物(residualaromatic extract，RAE)、轻度浅抽油(mild extract solvates，MES)中的至少一种，优选MES；所述防老剂选自N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺(6PPD)、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体(TMQ)、N,N′-二甲苯基对苯二胺(DTPD)、微晶蜡中的至少一种，优选3phr防老剂6PPD和1phr防老剂TMQ；所述硫化剂选自促进剂、硬脂酸、氧化锌、硫磺中的至少一种，优选1.4phr硫磺和5.8phr促进剂。

在一种实施方式中，以100phr橡胶组分为基准，所述橡胶组合物包括5-10phr增塑剂、5-10phr硫化剂以及4-8phr防老剂。

另一方面，本发明还提供了上述橡胶组合物在制备耐刺扎抗掉块的轮胎中的应用。优选的，所述橡胶组合物用于制备耐刺扎抗掉块的轮胎胎面。

另一方面，本发明还提供了一种含有上述橡胶组合物的轮胎胎面。

另一发面，本发明还提供了一种耐刺扎、抗掉块的轮胎，所述轮胎的胎面包含上述橡胶组合物，优选，所述轮胎为全钢子午线轮胎。

在一种实施方式中，上述橡胶组合物采用以下方法制备：

S1，非生产性混炼步骤：将部分橡胶和1/2炭黑加入到密炼机中进行2-3min混炼，直至温度达到160℃；

S2，非生产性混炼步骤：向步骤S1得到的混合物中继续加入剩余橡胶、剩余1/2炭黑、脂肪酸锌皂、石蜡、增塑剂和防老剂，在密炼机中进行2-3min混炼，直至温度达到165℃；

S3，生产性混炼步骤：向步骤S2得到的混合物中继续加入硫化剂进行混炼，并将温度降至105℃，排胶停放检验。

通过本发明提供的橡胶组合物，能够带来如下有益效果：

本发明提供的橡胶组合物，通过向传统的橡胶配方中加入异辛酸锌，并对其组分配比进行了筛选和优化，明显改善了橡胶组合物的硬度、撕裂强度以及耐磨性能，可以应用于制备轮胎的胎面部位，延长轮胎的使用寿命，特别适用于在恶劣路况下行驶的轮胎；性能测试实验表明，本发明提供的包含上述橡胶组合物的全钢子午线轮胎，在恶劣路况下行驶10000公里后的磨损量小于含有现有橡胶组合物的轮胎，其轮胎胎面的刺扎掉块现象显著减少，显示出了优异的耐刺扎抗掉块性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为实施例2制成的轮胎行驶10000公里后的胎面照片，图中椭圆圈出区域为该胎面的刺扎掉块情况；

图2为实施例7制成的轮胎行驶10000公里后的胎面照片，图中椭圆圈出区域为该胎面的刺扎掉块情况；

图3为对比例1制成的轮胎行驶10000公里后的胎面照片，图中椭圆圈出区域为该胎面的刺扎掉块情况；

图4为耐刺扎抗掉块性能测试中轮胎行驶的环境路况照片。

具体实施方式

为了更清楚的阐释本申请的整体构思，下面以实施例的方式进行详细说明。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

如未特殊说明，以下实施例中的组分原料均可通过商业途径购得或自制；其中，脂肪酸锌皂由华奇(中国)化工有限公司提供；制备橡胶组合物的密炼机使用益阳橡胶塑料机械集团有限公司提供的型号为GK400的橡胶密炼机；橡胶组合物的撕裂性能测试使用台湾高铁检测仪器有限公司提供的型号为GT-AI7000M的撕裂测试拉力试验机，耐刺扎抗掉块性能测试采用由扬州正艺试验机械有限公司提供的ZY-1002阿克隆磨耗试验机进行测量。

在优选的实施方式中，以下实施例所获得的橡胶组合物适用于制备全钢子午线轮胎，特别是轮胎的胎面部位。

在一种实施方式中，本发明提供的橡胶组合物，优选采用常规方法制备，具体方法步骤如下：

S1，非生产性混炼步骤：将天然橡胶NR和1/2炭黑加入到密炼机中进行2-3min混炼，直至温度达到160℃；

S2，非生产性混炼步骤：向步骤S1得到的混合物中继续加入丁苯橡胶SBR、剩余1/2炭黑、脂肪酸锌皂、石蜡、增塑剂和防老剂，在密炼机中进行2-3min混炼，直至温度达到165℃；

如未特殊说明，以下各示例均采用上述方法制备获得。其中，也可以使用其他类型的脂肪酸锌皂代替异辛酸锌，如正辛酸锌、正葵酸锌、硬脂酸锌、苯丙酸锌、蓖麻油酸锌。

实施例1-6

实施例1-6提供了一种橡胶组合物，各示例的具体组分配比见表1。实施例1-6组分的区别仅在于其脂肪酸锌皂类型不同。

对实施例1-6所得的橡胶组合物进行物理性能的测试，以筛选获得有助于胶料物理性能更好的脂肪酸锌皂类型。其中，邵尔A硬度的检测参照标准GB/T 531.1-2008，硬度值越大，表示橡胶组合物的刚性越高；撕裂强度的检测参照标准GB/T 529-2008，撕裂强度大代表橡胶的抗撕裂性能好；阿克隆磨耗的检测参照标准GB/T 9867-2008，该磨耗目前被用来表征橡胶在恶劣路况下耐撕裂性能，数值越小表示橡胶越耐撕裂。实施例1-6的具体组分配比及其物理性能如表1所示。

表1各示例的组分配比及其物理性能

由表1可知，在组分配比相同的情况下，使用不同类型的脂肪酸锌皂，对所得橡胶组合物的物理性能具有一定的影响。其中，含饱和脂肪酸锌(实施例1-4)的橡胶组合物的硬度较好，含不饱和脂肪酸锌(实施例5-6)的橡胶组合物的撕裂强度较好。优选地，含异辛酸锌的实施例2显示出了更高的硬度和撕裂强度以及更低的磨耗，有助于提升其耐磨损、耐刺扎以及抗掉块性能，因此以下将实施例2作为优选的实施方式，对其进行组分使用份数上的进一步筛选。

实施例7-10以及对比例1

实施例7-10为对实施例2在组分使用份数上进行的进一步调整优化，对比例1为传统的橡胶组合物配比，各示例的具体组分配比及其物理性能如表2所示，其中单位均为每百份橡胶含量phr，物理性能测试的方法与上文相同。

表2各示例的组分配比及其物理性能

由表2的数据可知，所得橡胶组合物的耐撕裂性能与其组分的使用份数有关，其中主要来源于橡胶组分和炭黑的品种用量，异辛酸锌对橡胶组合物的抗撕裂性能起到了很好的改善作用，但每种组分并都不是越多越好。与对比例1相比，各实施例均显示出了更好的撕裂强度和磨耗。其中，实施例7显示出了优于实施例2的抗撕裂性能，可提高轮胎的耐刺扎抗崩花掉块性。而实施例8-10的物理性能虽然优于对比例1，但低于实施例2和实施例7，说明过多的抗撕裂剂、不适当的橡胶组分或过多的炭黑均不利于改善橡胶组合物的物理性能。因此，将实施例2和实施例7作为最优选的橡胶组合物实施例，对其进行实际轮胎磨耗的测试。

将实施例2、实施例7和对比例1制备获得的橡胶组合物制成全钢子午线轮胎胎面，并对使用上述胎面的轮胎进行实车路试，以测试轮胎的耐刺扎抗崩花掉块性能，实验方法如下：

将含有上述橡胶组合物的全钢子午线轮胎进行实际装车，并在如图4所示的路况环境下行驶5000至10000公里，测量其磨损速率(即每行驶1000公里损失的胎面厚度)，并观察行驶10000公里后的轮胎胎冠胶的刺扎掉块情况。

其中，进行轮胎耐刺扎抗掉块性能测试行驶的路面环境状况见图4；实施例2制得的轮胎在如图4所示的路况中行驶10000公里后的轮胎胎面情况见图1；实施例7制得的轮胎在如图4所示的路况中行驶10000公里后的轮胎胎面情况见图2；对比例1制得的轮胎在如图4所示的路况中行驶10000公里后的轮胎胎面情况见图3。根据对比例1行驶10000公里后轮胎的磨耗量，将其磨耗指数设定为100，并根据实施例2和实施例7的磨耗量分别计算其磨耗指数，其中磨耗指数是指在同一条件下标准胶料(即对比例)的磨耗量与试验胶料(即实施例)的磨耗量之比，磨耗指数的数值越大表示轮胎越耐磨，在同样的路况及行驶里程条件下，该橡胶的损耗量越小，用以表征胶料的耐撕裂性能。各示例的磨耗指数见表3。

表3各示例的磨耗指数

	实施例2	实施例7	对比例1
				磨耗指数	105	107	100

由表3可知，实施例2和实施例7制备的轮胎，其磨耗指数测试数值均大于对比例1的设定值100，说明相比于使用传统橡胶组分的对比例1，添加了异辛酸锌的实施例2和实施例7的耐磨性能改善明显，轮胎的耐刺扎、抗掉块性能得到显著提高。如图1-3所示，实施例2(图1)和实施例7(图2)在行驶10000公里后的轮胎胎面的刺扎和掉块现象明显少于对比例1(图3)，说明本发明提供的橡胶组合物在应用于轮胎胎面时，显示出了更好的耐撕裂、耐磨耗、耐刺扎和抗掉块性能，可以应用于在山区、矿区等非铺装路况中行驶的全钢子午线轮胎。

与此同时，对比图1-3可知，实施例7的轮胎胎面的刺扎掉块现象减少最明显，因此将实施例7作为最优选的实施例。

综上所述，本发明提供的橡胶组合物，通过向传统的橡胶配方中加入异辛酸锌，并对其组分配比进行了筛选和优化，明显改善了橡胶组合物的硬度、撕裂强度以及耐磨性能，可以应用于制备轮胎的胎面部位，延长轮胎的使用寿命，特别适用于在恶劣路况下行驶的轮胎；性能测试实验表明，本发明提供的包含上述橡胶组合物的全钢子午线轮胎，在恶劣路况下行驶10000公里后的磨损量小于现有橡胶组合物制得的轮胎，其轮胎胎面的刺扎掉块现象显著减少，显示出了优异的耐刺扎抗掉块性能。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims

1.一种橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物包括：

橡胶组分，40-60phr的炭黑，以及1-5phr的异辛酸锌；所述橡胶组分包括70-80phr的顺式-1,4-聚异戊二烯和20-30phr的聚苯乙烯丁二烯共聚物；所述橡胶组合物还包括0.3-0.8phr的石蜡，所述石蜡与异辛酸锌混合后联用作为抗撕裂剂。

2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物包括1.5-3phr的异辛酸锌。

3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述炭黑的吸碘值为127±7g/kg，DBP吸收值为(115±5)×10^-5m³/kg。

4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物还包括增塑剂、防老剂和硫化剂；所述增塑剂选自环保芳烃油、残留芳烃抽提物、轻度浅抽油中的至少一种；所述防老剂选自N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、N,N′-二甲苯基对苯二胺、微晶蜡中的至少一种；所述硫化剂选自促进剂、硬脂酸、氧化锌、硫磺中的至少一种。

5.权利要求1-4任一所述的橡胶组合物在提高轮胎撕裂强度中的应用，所述橡胶组合物用于制备耐刺扎抗掉块的轮胎。

6.一种含有权利要求1-4任一所述的橡胶组合物的轮胎胎面。

7.一种耐刺扎、抗掉块的轮胎，其特征在于，所述轮胎的胎面包含如权利要求1-4任一所述的橡胶组合物。

8.根据权利要求7所述的轮胎，其特征在于，所述轮胎为全钢子午线轮胎。