CN110157062A - 一种高性能轻量化胎面胶配方及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于轮胎配方技术领域，具体涉及一种高性能轻量化胎面胶配方及其制备方法，其配方按重量份数计，包括橡胶100份、炭黑10‑30份、中空多孔SiO2 10‑50份、硅烷偶联剂2‑8份、防老剂1‑4份、ZnO 3‑8份、硬脂酸3份、硫磺0.8‑1.5份、促进剂1‑3份、防焦剂CTP 0.1‑0.5份。本发明将中空多孔纳米SiO2作为填料应用于高性能轮胎胎面配方，大幅提升了填料对橡胶的补强作用，同时实现了轮胎的轻量化。

Description

一种高性能轻量化胎面胶配方及其制备方法
技术领域
本发明属于轮胎配方技术领域，具体涉及一种高性能轻量化胎面胶配方及其制备方法。
背景技术
轮胎填料的发展经历了两个阶段，第一阶段：炭黑填料，炭黑对橡胶的补强显著，其特点是高耐磨、高生热；第二阶段，白炭黑阶段，白炭黑与橡胶的相互作用弱，补强性能差，表现在配方的耐磨性较差，但是白炭黑配方的生热低。从结构的角度分析，炭黑和白炭黑填料聚集体均为链支状结构，最小结构单元为实心球状，橡胶分子通过物理、化学的方式与填料表面结合。实心结构单元的缺点主要有三点：（1）比重高，填充橡胶的重量高，滚阻大；（2）比表面积小，单位面积表面与橡胶分子作用点少，补强效果较差。
与普通白炭黑比较，中空多孔SiO2纳米堆积密度更小，更加轻量化；从结构角度讲，中空结构与传统实心结构相比，具有更高的比表面积，且与橡胶分子更易于穿插相互作用形成结合橡胶，增强对橡胶的补强效果，该材料是未来白炭黑填料发展的方向。
发明内容
本发明的目的是突破现有轮胎胎面配方的技术瓶颈，提供一种高性能轻量化胎面胶配方及其制备方法，将中空多孔SiO2纳米材料作为填料应用于轮胎配方中。
按照本发明的技术方案，所述高性能轻量化胎面胶配方，按重量份数计，包括橡胶100份、炭黑10-30份、中空多孔SiO2 10-50份、硅烷偶联剂 2-8份、防老剂 1-4份、ZnO 3-8份、硬脂酸 3份、硫磺0.8-1.5份、促进剂 1-3份、防焦剂CTP 0.1-0.5份。
进一步的，所述中空多孔SiO2结构为单壳空结构、多层空心结构，尺寸为10-100nm，比表面积大于100 m2/g。
进一步的，所述炭黑为N234、N220、N134、N115、N110中的一种。
进一步的，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂。
本发明的另一方案还提供了一种高性能轻量化胎面胶的制备方法，包括以下步骤，
（1）母炼：
a、一段母胶炼胶：按重量份数计，将橡胶100份、炭黑10-30份、中空多孔SiO2 10-50份、硅烷偶联剂 2-8份、防老剂 1-4份、ZnO 3-8份、硬脂酸 3份加入密炼机中，保持填充系数65%-75%，转速20-50r/min，于150-160℃条件下排胶，炼胶时间为2-5 min；密炼机的下片控制胶片厚度为5-10mm，制备得到一段母胶；
b、二段母胶炼胶：将步骤a所得一段母胶按照65%-75%的填充系数加入到密炼机中继续混炼，转速20-50r/min，排胶温度为155-160℃，炼胶时间为0.8-3min，制得二段母胶；
（2）终炼：将步骤（1）所得二段母胶加入密炼机中，密炼机的填充系数为70%-80%，继续加入硫磺0.8-1.5份、促进剂 1-3份、防焦剂CTP 0.1-0.5份，炼胶时间为2-5min，转速20-40r/min，排胶温度为100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，得到高性能轻量化胎面胶配方胶料。
进一步的，所述步骤（1）的密炼机为GK系列或F系列密炼机；步骤（2）的密炼机为GK系列密炼机。
本发明的有益效果在于：将中空多孔纳米SiO2作为填料应用于高性能轮胎胎面配方，大幅提升了填料对橡胶的补强作用，同时实现了轮胎的轻量化。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
高性能轻量化胎面胶配方，按重量份数计，包括橡胶100份、炭黑N234 10份、中空多孔SiO2 30份、硅烷偶联剂3份、防老剂 2份、ZnO 4份、硬脂酸 3份、硫磺1.5份、促进剂 1份、防焦剂CTP 0.5份。
上述胎面胶的制备包括以下步骤：
（1）母炼：母炼采用两段炼胶
一段母胶：按重量份数计，依次将橡胶100份、炭黑N234 10份、中空多孔SiO2 30份、硅烷偶联剂3份、防老剂 2份、ZnO 4份、硬脂酸 3份加入GK系列或F系列密炼机中，保持填充系数 65%，转速40r/min，于160℃排胶，炼胶时间为3 min；密炼机的下片控制胶片厚度为5～10mm，制备得到一段母胶；
二段母胶：将一段母胶按照65%的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，转速40r/min，排胶温度为155℃，炼胶时间为2 min，制得二段母胶；
（2）终炼：将二段母胶母胶、硫磺1.5份、促进剂 1份、防焦剂CTP 0.5份，加入GK系列密炼机中，炼胶时间为2min，转速30r/min，排胶温度为100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，制得高性能轻量化轮胎胎面胶料。
实施例二
高性能轻量化胎面胶配方，按重量份数计，包括橡胶100份、炭黑N220 20份、中空多孔SiO2 30份、硅烷偶联剂2份、防老剂 1份、ZnO 3份、硬脂酸 3份、硫磺1.5份、促进剂 2份、防焦剂CTP 0.4份。
上述胎面胶的制备包括以下步骤：
（1）母炼：母炼采用两段炼胶
一段母胶：按重量份数计，依次将橡胶100份、炭黑N220 20份、中空多孔SiO2 30份、硅烷偶联剂2份、防老剂 1份、ZnO 3份、硬脂酸 3份份加入GK系列或F系列密炼机中，保持填充系数 70%，转速50r/min，于160℃排胶，炼胶时间为2.5 min；密炼机的下片控制胶片厚度为5-10mm，制备得到一段母胶；
二段母胶：将一段母胶按照65%的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，转速40r/min，排胶温度为155℃，炼胶时间为1.5 min，制得二段母胶；
（2）终炼：将二段母胶母胶、硫磺1.5份、促进剂 2份、防焦剂CTP 0.4份，加入GK系列密炼机中，炼胶时间为2min，转速30r/min，排胶温度为100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，制得高性能轻量化轮胎胎面胶料。
实施例三
高性能轻量化胎面胶配方，按重量份数计，包括橡胶100份、炭黑N134 10份、中空多孔SiO2 50份、硅烷偶联剂5份、防老剂 3份、ZnO 5份、硬脂酸 3份、硫磺1.2份、促进剂 1.4份、防焦剂CTP 0.2份。
上述胎面胶的制备包括以下步骤：
（1）母炼：母炼采用两段炼胶
一段母胶：按重量份数计，依次将橡胶100份、炭黑N134 10份、中空多孔SiO2 50份、硅烷偶联剂5份、防老剂 3份、ZnO 5份、硬脂酸 3份加入GK系列或F系列密炼机中，保持填充系数 75%，转速45r/min，于160℃排胶，炼胶时间为2 min；密炼机的下片控制胶片厚度为5-10mm，制备得到一段母胶；
二段母胶：将一段母胶按照70%的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，转速40r/min，排胶温度为155℃，炼胶时间为1.2 min，制得二段母胶；
（2）终炼：将二段母胶母胶、硫磺1.2份、促进剂 1.4份、防焦剂CTP 0.2份，加入GK系列密炼机中，炼胶时间为4min，转速30r/min，排胶温度为100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，制得高性能轻量化轮胎胎面胶料。
实施例四
高性能轻量化胎面胶配方，按重量份数计，包括橡胶100份、炭黑N115 25份、中空多孔SiO2 35份、硅烷偶联剂7份、防老剂 2.5份、ZnO 7份、硬脂酸 3份、硫磺1份、促进剂 2.5份、防焦剂CTP 0.3份。
上述胎面胶的制备包括以下步骤：
（1）母炼：母炼采用两段炼胶
一段母胶：按重量份数计，依次将橡胶100份、炭黑N115 25份、中空多孔SiO2 35份、硅烷偶联剂7份、防老剂 2.5份、ZnO 7份、硬脂酸 3份加入GK系列或F系列密炼机中，保持填充系数 75%，转速20r/min，于150℃排胶，炼胶时间为2 min；密炼机的下片控制胶片厚度为5-10mm，制备得到一段母胶；
二段母胶：将一段母胶按照75%的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，转速20r/min，排胶温度为160℃，炼胶时间为3 min，制得二段母胶；
（2）终炼：将二段母胶母胶、硫磺1份、促进剂 2.5份、防焦剂CTP 0.3份，加入GK系列密炼机中，炼胶时间为4min，转速20r/min，排胶温度为100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，制得高性能轻量化轮胎胎面胶料。
实施例五
高性能轻量化胎面胶配方，按重量份数计，包括橡胶100份、炭黑N110 30份、中空多孔SiO2 10份、硅烷偶联剂8份、防老剂 4份、ZnO 8份、硬脂酸 3份、硫磺0.8份、促进剂 3份、防焦剂CTP 0.1份。
上述胎面胶的制备包括以下步骤：
（1）母炼：母炼采用两段炼胶
一段母胶：按重量份数计，依次将橡胶100份、炭黑N110 30份、中空多孔SiO2 10份、硅烷偶联剂8份、防老剂 4份、ZnO 8份、硬脂酸 3份加入GK系列或F系列密炼机中，保持填充系数 70%，转速35r/min，于155℃排胶，炼胶时间为5 min；密炼机的下片控制胶片厚度为5-10mm，制备得到一段母胶；
二段母胶：将一段母胶按照70%的填充系数加入到GK系列或F系列密炼机中混炼，转速50r/min，排胶温度为160℃，炼胶时间为0.8 min，制得二段母胶；
（2）终炼：将二段母胶母胶、硫磺0.8份、促进剂 3份、防焦剂CTP 0.1份，加入GK系列密炼机中，炼胶时间为5min，转速40r/min，排胶温度为100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，制得高性能轻量化轮胎胎面胶料。
上述实施例中，促进剂采用次磺酰胺类促进剂。中空多孔SiO2是一种新型纳米材料，可以通过湿化学法或者喷雾法合成，其结构可以为单壳空结构、多层空心结构，尺寸为10-100nm，比表面积大于100 m2/g，这种结构赋予材料极大的比表面积，表现出更优的补强性能，同时中空多孔SiO2粒子之间相互作用弱，易于分散，从而实现了大幅提升了填料对橡胶的补强作用，同时实现了轮胎的轻量化。

Claims (6)

1.一种高性能轻量化胎面胶配方，其特征在于，按重量份数计，包括橡胶100份、炭黑10-30份、中空多孔SiO2 10-50份、硅烷偶联剂 2-8份、防老剂 1-4份、ZnO 3-8份、硬脂酸 3份、硫磺0.8-1.5份、促进剂 1-3份、防焦剂CTP 0.1-0.5份。
2.如权利要求1所述的高性能轻量化胎面胶配方，其特征在于，所述中空多孔SiO2结构为单壳空结构、多层空心结构，尺寸为10-100nm，比表面积大于100 m2/g。
3.如权利要求1所述的高性能轻量化胎面胶配方，其特征在于，所述炭黑为N234、N220、N134、N115、N110中的一种。
4.如权利要求1所述的高性能轻量化胎面胶配方，其特征在于，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂。
5.一种高性能轻量化胎面胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
（1）母炼：
a、一段母胶炼胶：按重量份数计，将橡胶100份、炭黑10-30份、中空多孔SiO2 10-50份、硅烷偶联剂 2-8份、防老剂 1-4份、ZnO 3-8份、硬脂酸 3份加入密炼机中，保持填充系数65%-75%，转速20-50r/min，于150-160℃条件下排胶，炼胶时间为2-5 min；密炼机的下片控制胶片厚度为5-10mm，制备得到一段母胶；
b、二段母胶炼胶：将步骤a所得一段母胶按照65%-75%的填充系数加入到密炼机中继续混炼，转速20-50r/min，排胶温度为155-160℃，炼胶时间为0.8-3min，制得二段母胶；
（2）终炼：将步骤（1）所得二段母胶加入密炼机中，密炼机的填充系数为70%-80%，继续加入硫磺0.8-1.5份、促进剂 1-3份、防焦剂CTP 0.1-0.5份，炼胶时间为2-5min，转速20-40r/min，排胶温度为100℃；密炼机下片并控制厚度为5-7mm，得到高性能轻量化胎面胶配方胶料。
6.如权利要求5所述的高性能轻量化胎面胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）的密炼机为GK系列或F系列密炼机；步骤（2）的密炼机为GK系列密炼机。
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Application publication date: 20190823

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