CN110183744A - 一种雪地胎和雪地胎胎面橡胶组合物及橡胶组合物的混炼方法 - Google Patents
一种雪地胎和雪地胎胎面橡胶组合物及橡胶组合物的混炼方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于橡胶轮胎制造领域,包含一种雪地胎和雪地胎胎面橡胶组合物及橡胶组合物的混炼方法。一种雪地胎胎面橡胶组合物,该组合物包括100重量份橡胶组分、35‑55重量份液体聚丁二烯橡胶,以及70‑90重量份二氧化硅,其中液体聚丁二烯橡胶在总组合物中质量百分比占比超过13%。该组合物引入液体聚丁二烯橡胶,取其增塑特性,替代部分环保油,减少胎面胶中的含油量,且液体聚丁二烯橡胶具有较低的玻璃化转变温度,较大量填充时,可使胎面胶达到硬度低、模量低、低温硬化程度低的效果。
Description
技术领域
本发明属于橡胶轮胎制造领域,包含一种雪地胎和雪地胎胎面橡胶组合物及橡胶组合物的混炼方法。
背景技术
雪地胎是针对寒冷地区开发的功能性轮胎,通常在低温冰雪路面的环境中使用。据报道,目前全球30%以上的地区需要使用雪地胎,故开发雪地胎具有广阔的市场前景及价值。
在低温条件下,常规的夏季胎胎面会变硬,从而导致轮胎抓地性能急剧下降,严重影响了行车安全。为了解决这一问题,通常在胎面配方中提升天然橡胶和白炭黑的比例,来增加耐寒性和柔顺性,并填充较大含量的环保油,以降低胎面的硬度。
如中国发明专利(专利号:201610512571.2,公开日:2016.10.26)公开了一种抗湿滑的雪地胎胎面胶及其制备方法。该胎面胶包括以下重量份数的组分:溶聚丁苯胶35-65,天然橡胶15-45,顺丁胶20-50,氧化锌2-5,硬脂酸1-4,防老剂1-5,防护蜡2-4,环保芳烃油10-40,白炭黑35-65,炭黑10-35,硅烷偶联剂3.5-6.5,硫磺2-7和促进剂3-11。该专利的胎面胶能显著降低胶料的硬度,提高胶料耐磨性、抗撕裂、拉伸强度与定伸应力。同时,专利中也指出从降低硬度提高轮胎抗湿滑性能考虑,添加环保芳烃油是降低硬度效果最好的方法。这种方法制备的轮胎,胎面硬度较低,轮胎生产初期具有良好的耐低温性能,但由于环保芳烃油为小分子材料,在大量填充时,极易迁出到轮胎表面,使得轮胎在使用过程中,胎面胶中的油含量不断降低、胎面硬度不断增加,以至于轮胎的低温抓地性能会逐渐下降。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明第一个目的是提供一种雪地胎胎面橡胶组合物,该组合物引入液体聚丁二烯橡胶,取其增塑特性,替代部分环保油,减少胎面胶中的含油量,且液体聚丁二烯橡胶具有较低的玻璃化转变温度,较大量填充时,可使胎面胶达到硬度低、模量低、低温硬化程度低的效果。
为了实现上述的第一个目的,本发明采用了以下的技术方案:
一种雪地胎胎面橡胶组合物,该组合物包括100重量份橡胶组分、35-55重量份液体聚丁二烯橡胶,以及70-90重量份二氧化硅,其中液体聚丁二烯橡胶在总组合物中质量百分比占比超过13%。
作为优选,液体聚丁二烯橡胶其数均分子量为3000-5000g/mol,1,2-乙烯基结构含量不高于1%。
作为优选,橡胶组分选自天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶和固体聚丁二烯橡胶中的一种或多种。
作为再优选,橡胶组分选自天然橡胶、稀土顺丁和溶聚丁苯胶;按重量份,天然橡胶:35.0-45.0份;稀土顺丁:50.0-60.0份;溶聚丁苯胶:10.0-20.0份;溶聚丁苯中结合苯乙烯占聚合物总重的15-25%,乙烯基占丁二稀总重的60-70%。
作为优选,所述的白炭黑为高分散的白炭黑,氮吸附比表面积(NSA)在135-190m2/g之间。
作为再优选,按重量份,该组合物还包括炭黑:5.0-15.0份,所述的炭黑为超耐磨炭黑,具有高的外表面积(STSA),其范围在130-150m2/g之间。本发明还引入了超耐磨炭黑、高分散白炭黑,以此保证轮胎耐磨性的同时,还有优异的低温抓地力及更低的滚动阻力。
作为优选,按重量份,该组合物还包括环保芳烃油18-25份,饱和及不饱和脂肪酸锌的混合物0.5-2.5份。
作为优选,该组合物还包括橡胶活性剂、橡胶防老剂、增塑剂以及硫磺、促进剂。
为了实现上述的第二个目的,本发明采用了以下的技术方案:
一种上述的橡胶组合物的混炼方法,该方法采用串联式一次法密炼机进行炼胶,控制密炼机转子速度40-60rpm,上顶栓压力50-60N/cm2,密炼机冷却水温度30-40℃;包括以下的步骤:
一、上辅机工艺:
①加入橡胶组分、白炭黑、硅烷偶联剂、橡胶活性剂、橡胶防老剂、增塑剂和1/2量的液体聚丁二烯橡胶,压上顶栓使胶料升温至100℃;
②升上顶栓加入环保芳烃油,保持5秒;
③压上顶栓使胶料升温至125℃;
④升上顶栓,加入剩余1/2量的液体聚丁二烯橡胶;
⑤压上顶栓使胶料升温至140℃;
⑥压上顶栓使胶料在140℃-145℃恒温混炼90秒;
⑦将胶料排至下辅机;
二、下辅机工艺:
①使胶料升温至140℃;
②140℃-145℃恒温混炼150秒;
③排胶至开炼机:翻炼冷却胶料至90-100℃,在开炼机上加入硫磺、促进剂,混炼均匀压片冷却至室温。
为了实现上述的第三个目的,本发明采用了以下的技术方案:
一种雪地胎,该雪地胎的胎面采用所述的橡胶组合物硫化制得。该雪地轮胎的胎面低温硬化程度较低,具有优异的冰面抓地力及耐磨性能。
采用本技术方案的有益效果是:本发明可以改善轮胎胎面在低温条件下的硬化程度,大幅减少了胎面胶中环保油的迁出;本发明填充了大量的白炭黑,增加了雪地胎胎面的耐寒性及柔韧性;本发明使用超耐磨炭黑,提高了轮胎胎面的导电性及耐磨性;本发明在串联式一次法密炼机中使用高分散白炭黑,提高白炭黑在橡胶基体中的分散性,降低填料Payne效应、胶料滞后损失及胶料低温模量,从而使得轮胎具有更佳优异的耐磨性能、低温抓地性能及滚动阻力;本发明不改变传统的轮胎制备方法,不调整及更改轮胎生产设备,即可生产一种含有液体聚丁二烯橡胶的半钢子午线雪地胎。
附图说明
图1为油损失量测试方法图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部实施例。给予本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参比例
原材料组成:43.0份天然橡胶,37.0份聚丁二烯,20.0份乳聚丁苯胶,35.0份白炭黑VN3,40.0份炭黑N234,2.8份硅烷偶联剂Si-75, 25.0份环保芳烃油,1.5份防老剂6PPD,0.5份防老剂TMQ,2.0份微晶蜡,2.5份氧化锌,2.0份硬脂酸,1.9份硫磺,1.7份促进剂CZ,1.0份促进剂DPG。
其中,乳聚丁苯胶:结合苯乙烯占聚合物总重的40%。
实施例1
原材料组成:36.0份液体聚丁二烯橡胶,38.0份天然橡胶,52.0份稀土顺丁,10.0份溶聚丁苯胶,75.0份白炭黑1165 MP,10.0份N134炭黑,6.0份硅烷偶联剂TESPD,25.0份环保芳烃油,2.5份防老剂6PPD,1.0份防老剂TMQ,2.0份微晶蜡,2.5份氧化锌,1.5份硬脂酸,1.0份饱和及不饱和脂肪酸锌的混合物,2.0份硫磺,3.0份促进剂CZ,2.5份促进剂DPG。
其中,溶聚丁苯中结合苯乙烯占聚合物总重的21%,乙烯基占丁二稀总重的68%。饱和及不饱和脂肪酸锌为增塑剂A,炭黑1165MP为索尔维公司产品。 N134炭黑为卡博特公司产品。
实施例2
原材料组成:42.0份液体聚丁二烯橡胶,38.0份天然橡胶,52.0份稀土顺丁,10.0份溶聚丁苯胶,75.0份白炭黑1165 MP,10.0份N134炭黑,6.0份硅烷偶联剂TESPD,22.0份环保芳烃油,2.5份防老剂6PPD,1.0份防老剂TMQ,2.0份微晶蜡,2.5份氧化锌,1.5份硬脂酸,1.0份饱和及不饱和脂肪酸锌的混合物,2.0份硫磺,3.0份促进剂CZ,2.5份促进剂DPG。
其中,溶聚丁苯中结合苯乙烯占聚合物总重的21%,乙烯基占丁二稀总重的68%。饱和及不饱和脂肪酸锌为增塑剂A,炭黑1165MP为索尔维公司产品。 N134炭黑为卡博特公司产品。
实施例3
原材料组成:47.0份液体聚丁二烯橡胶,38.0份天然橡胶,52.0份稀土顺丁,10.0份溶聚丁苯胶,75.0份白炭黑1165 MP,10.0份N134炭黑,6.0份硅烷偶联剂TESPD,20.0份环保芳烃油,2.5份防老剂6PPD,1.0份防老剂TMQ,2.0份微晶蜡,2.5份氧化锌,1.5份硬脂酸,1.0份饱和及不饱和脂肪酸锌的混合物,2.0份硫磺,3.0份促进剂CZ,2.5份促进剂DPG。
其中,溶聚丁苯中结合苯乙烯占聚合物总重的21%,乙烯基占丁二稀总重的68%。饱和及不饱和脂肪酸锌为增塑剂A,炭黑1165MP为索尔维公司产品。 N134炭黑为卡博特公司产品。
实施例4
原材料组成:52.0份液体聚丁二烯橡胶,38.0份天然橡胶,52.0份稀土顺丁,10.0份溶聚丁苯胶,75.0份白炭黑1165 MP,10.0份N134炭黑,6.0份硅烷偶联剂TESPD,18.0份环保芳烃油,2.5份防老剂6PPD,1.0份防老剂TMQ,2.0份微晶蜡,2.5份氧化锌,1.5份硬脂酸,1.0份饱和及不饱和脂肪酸锌的混合物,2.0份硫磺,3.0份促进剂CZ,2.5份促进剂DPG。
其中,溶聚丁苯中结合苯乙烯占聚合物总重的21%,乙烯基占丁二稀总重的68%。饱和及不饱和脂肪酸锌为增塑剂A,炭黑1165MP为索尔维公司产品。 N134炭黑为卡博特公司产品。
制备方法:
采用串联式一次法密炼机进行炼胶,控制密炼机转子速度40-60rpm,上顶栓压力50-60N/cm2,密炼机冷却水温度30-40℃;
一、上辅机工艺:
①加入橡胶、炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、橡胶活性剂、橡胶防老剂、增塑剂和1/2量的液体聚丁二烯橡胶,压上顶栓使胶料升温至100℃;
②升上顶栓加入环保芳烃油,保持5秒;
③压上顶栓使胶料升温至125℃;
④升上顶栓,加入剩余1/2量的液体聚丁二烯橡胶;
⑤压上顶栓使胶料升温至140℃;
⑥压上顶栓使胶料在140℃-145℃恒温混炼90秒;
⑦将胶料排至下辅机;
二、下辅机工艺:
①使胶料升温至140℃;
②140℃-145℃恒温混炼150秒;
③排胶至开炼机:翻炼冷却胶料至90-100℃,在开炼机上加入硫磺、促进剂,混炼均匀压片冷却至室温。
为了对一种雪地胎胎面橡胶组合物的油迁出量进行评估,本发明引入了一种简便的测试方法,测试方法如下:
如图1所示,在水平桌面上放置一平滑玻璃板,玻璃板上放置已硫化的无油标准胶样,无油标准胶样上面放置已硫化的已知重量待测胶样,待测胶样上再放置一层无油标准胶样后放置平滑玻璃板,且加2枚1kg重砝码,在实验室条件下停放7天后,称量待测胶料的重量损失量,即视为油损失量。其中,无油标准胶样的橡胶组分选自天然橡胶、非充油丁苯像胶、聚丁二烯橡胶中的一种或多种;无油标准胶样中不添加环保油及石油基增塑剂,且为全炭黑填充,炭黑选自N134、N220、N234、N330、N550、N660中的一种或多种。
由参比例、实施例获得的雪地轮胎胎面胶料相关参数见表1,轮胎性能参数见表2。
上述的实施例和对比例的冬季轮胎胎面胶料测试结果如表1所示。表1中除硬度结果外,其余皆以参比例性能为100%对实施例数据进行处理。其中,以60℃ tanδ表征胶料的滚动阻力,数值越小滚阻越佳,-20℃ Eˊ表征胶料的低温模量,数值越低低温模量越佳;以阿克隆磨耗量表征胶料耐磨性能,数值越低耐磨性越佳;以油损失量表征油的迁出量,数值越低胶料中油的迁出速度越慢,性能越稳定。
表1 实施例和对比例胶料相关参数
上述的实施例和对比例轮胎测试结果如表2所示。表2中以参比例性能为100%对实施例数据进行处理。滚动阻力依照ECE R117,数值越低滚阻越佳;冰面制动测试汽车由20km/h速度降到5km/h的距离,数值越低湿地抓地力越佳;磨耗测试由实车进行12000km里程测试,磨耗量越低越佳。。
表2 实施例和对比例轮胎机床参数(轮胎规格205/55R16 91H)
上述胶料及轮胎的测试结果可以说明,一种雪地胎胎面橡胶组合物具有较低的硬度及模量,并且在低温条件下,硬度提高率较低;使用此胎面橡胶组合物制备胎面的雪地轮胎冰面刹车距离较参比配方制备胎面的雪地轮胎缩短4.76%至17.83%,耐磨性能提高4.73%至12.78%,且滚动阻力没有升高。
以上为对本发明实施例的描述,通过对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列,而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种雪地胎胎面橡胶组合物,其特征在于,该组合物包括100重量份橡胶组分、35-55重量份液体聚丁二烯橡胶,以及70-90重量份二氧化硅,其中液体聚丁二烯橡胶在总组合物中质量百分比占比超过13%。
2.根据权利要求1所述的一种雪地胎胎面橡胶组合物,其特征在于,所述的液体聚丁二烯橡胶数均分子量为3000-5000g/mol,1,2-乙烯基结构含量不高于1%。
3.根据权利要求1所述的一种雪地胎胎面橡胶组合物,其特征在于,橡胶组分选自天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶和固体聚丁二烯橡胶中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种雪地胎胎面橡胶组合物,其特征在于,橡胶组分选自天然橡胶、稀土顺丁和溶聚丁苯胶;按重量份,天然橡胶:35.0-45.0份;稀土顺丁:50.0-60.0份;溶聚丁苯胶:10.0-20.0份;溶聚丁苯中结合苯乙烯占聚合物总重的15-25%,乙烯基占丁二稀总重的60-70%。
5.根据权利要求1所述的一种雪地胎胎面橡胶组合物,其特征在于,所述的白炭黑为高分散的白炭黑,氮吸附比表面积(NSA)在135-190 m2/g之间。
6.根据权利要求5所述的一种雪地胎胎面橡胶组合物,其特征在于,按重量份,该组合物还包括炭黑:5.0-15.0份,所述的炭黑为超耐磨炭黑,具有高的外表面积(STSA),其范围在130-150m2/g之间。
7.根据权利要求1所述的一种雪地胎胎面橡胶组合物,其特征在于,按重量份,该组合物还包括环保芳烃油15-25份,饱和及不饱和脂肪酸锌的混合物0.5-2.5份。
8.根据权利要求1所述的一种雪地胎胎面橡胶组合物,其特征在于,该组合物还包括橡胶活性剂、橡胶防老剂、增塑剂以及硫磺、促进剂。
9.根据权利要求1~8任意一项权利要求所述的橡胶组合物的混炼方法,其特征在于,该方法采用串联式一次法密炼机进行炼胶,控制密炼机转子速度40-60rpm,上顶栓压力50-60N/cm2,密炼机冷却水温度30-40℃;包括以下的步骤:
一、上辅机工艺:
①加入橡胶组分、白炭黑、硅烷偶联剂、橡胶活性剂、橡胶防老剂、增塑剂和1/2量的液体聚丁二烯橡胶,压上顶栓使胶料升温至100℃;
②升上顶栓加入环保芳烃油,保持5秒;
③压上顶栓使胶料升温至125℃;
④升上顶栓,加入剩余1/2量的液体聚丁二烯橡胶;
⑤压上顶栓使胶料升温至140℃;
⑥压上顶栓使胶料在140℃-145℃恒温混炼90秒;
⑦将胶料排至下辅机;
二、下辅机工艺:
①使胶料升温至140℃;
②140℃-145℃恒温混炼150秒;
③排胶至开炼机:翻炼冷却胶料至90-100℃,在开炼机上加入硫磺、促进剂,混炼均匀压片冷却至室温。
10.一种雪地胎,其特征在于,该雪地胎的胎面采用权利要求1~8任意一项权利要求所述的橡胶组合物硫化制得。
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