CN110372929A - 一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括如下组分：高苯乙烯乳聚丁苯橡胶27.5～68.75份；高苯乙烯溶聚丁苯橡胶27.5～68.75份；中苯乙烯溶聚丁苯橡胶20～40份；超耐磨炭黑60～90份；白炭黑30～50份；硅烷偶联剂2～8份；芳烃油0～30份；氧化锌2～4份；硬脂酸1～3份；防老剂2～6份；抓地力树脂5～10份；液体丁苯橡胶5～20份；硫磺1～2份；促进剂1.6～4.0份；本发明的赛车胎胎面橡胶组合物具有非常优异的湿地抓地性能和干地抓地性能，操控性能同样优异，优于现有技术中所有的胎面橡胶组合物，可解决高速转弯或变道轮胎抓地力不足的问题。

Description

一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物
技术领域
本发明涉及一种轮胎胎面橡胶组合物，尤其涉及一种赛车胎的胎面橡胶组合物，属于汽车轮胎材料技术领域。
背景技术
赛车运动起源距今已有超过100年的历史，是世界上最受欢迎的体育运动之一，每年世界各地都会举办大量的专业赛事，把将这项速度与激情的运动逐渐推向大众。除专业赛事外，改装车市场和业余赛车运动对赛车胎的需求也越来越旺盛，根据美国市场的调研结果，可合法上路的赛事轮胎具有最高的附加值，世界排名靠前的各大轮胎厂商也都推出相应产品来争夺赛车胎市场。中国赛车市场虽然起步较晚，但发展迅速，目前国内仅有极少轮胎厂家具备了赛车胎的开发制造能力，大多数轮胎厂仍不具备该技术能力。
针对改装车市场和业余赛车运动开发的赛车胎对胎面胶料的抓地性能和操控性能提出了巨大的挑战，特殊橡胶材质的轮胎需要在干、湿条件下高速转弯或变道的过程中均能提供高抓地力和操控性能，属于追求高性能的街跑人士的首选。而普通轮胎在车辆高速转弯或变道的过程中存在抓地力不足的风险，影响驾驶者操控体验，甚至威胁到生命安全。
抓地力通常可以分为横向和纵向抓地力，横向抓地力是指轮胎的转弯能力，纵向抓地力可以用制动性能或加速性能等来衡量。同时，我们还会用湿地和干地的抓地力来评判轮胎的抓地力。就胶料性能而言，通常使用20℃下损耗因子(tanδ(20℃))表征干抓地性能，0℃下损耗因子(tanδ(0℃))表征湿抓地性能，损耗因子越大，抓地性能越好，两者相关性已被配方工作者通过大量实验得以验证。当然，比较主观的感受体验比如操控性能，就是由大部分的抓地力来提供的，本领域通常用20℃下的弹性模量E’表征胶料的操控性能，其数值越大表明橡胶组合物的操控性能越好，比如常见的光头胎干地的抓地能力非常强大，而对于湿地相对较弱，反之亦然。
申请号为201611038102.8的专利申请公开了一种可用于漂移比赛的UHPT胎面胶，其使用了改性溶聚丁苯、高比表面积的高分散白炭黑及功能性树脂，同时合理调整填料比例以及胶料的混炼工艺，从而兼顾了日常行驶及漂移赛事使用的性能要求，但其干、湿抓地性能及操控性能仍然不够优异，不能满足赛车的使用要求。在专利201611038102.8中为保证胶料的混炼性能，大量使用油来提高胶料的加工工艺性能，但油的使用对提升配方的干、湿地抓地性能和操控性能无正面效果。
发明内容
本发明针对现有赛车轮胎在抓地力和操控性能方面所存在的不足，提供一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括如下组分：
高苯乙烯乳聚丁苯橡胶27.5～68.75份；
高苯乙烯溶聚丁苯橡胶27.5～68.75份；
中苯乙烯溶聚丁苯橡胶20～40份；
超耐磨炭黑60～90份；
白炭黑30～50份；
硅烷偶联剂2～8份；
芳烃油0～30份；
氧化锌2～4份；
硬脂酸1～3份；
防老剂2～6份；
抓地力树脂5～10份；
液体丁苯橡胶5～20份；
硫磺1～2份；
促进剂1.6～4.0份；
所述高苯乙烯乳聚丁苯橡胶和高苯乙烯溶聚丁苯橡胶的充油质量分数为27.3％；所述中苯乙烯溶聚丁苯橡胶为末端改性的溶聚丁苯橡胶；所述抓地力树脂为氢化DCPD树脂，软化点为120～145℃，分子量为200～300，其结构式如下式所示，所述液体丁苯橡胶的分子量为8300～10000。
进一步，所述高苯乙烯乳聚丁苯橡胶的苯乙烯含量为35～45wt％，乙烯基占丁二烯总量的10％～20％，所述高苯乙烯溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量为38～42％，乙烯基占丁二烯总量的50％～60％，所述中苯乙烯溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量为20～30％，乙烯基占丁二烯总量的50％～65％，优选为日本JSR厂家牌号为HPR850的中苯乙烯改性溶聚丁苯橡胶。
进一步，所述超耐磨炭黑为CTAB吸附比表面积在120*103～132*103m2/kg、粒径为11～19nm的超耐磨炉黑，优选N110炭黑。
进一步，所述白炭黑为氮吸附比表面积(NSA)在170～200m2/g的沉淀法白炭黑，优选沉淀法白炭黑Z-175。
进一步，所述防老剂为防老剂RD、防老剂4020中的一种或两种的混合物。
进一步，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂。
本发明的胎面橡胶组合物中各个组分的作用如下：
(1)本发明使用高苯乙烯乳聚丁苯橡胶、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶和改性的中苯乙烯溶聚丁苯橡胶并用的生胶体系，通过胶种选择和胶比优化，改善胎面橡胶组合物的抓地力性能；高苯乙烯乳聚丁苯橡胶和高苯乙烯溶聚丁苯橡胶可有效提高橡胶组合物的滞后和弹性模量；而改性的中苯乙烯溶聚丁苯橡胶，改性的官能团可与白炭黑表面的羟基发生反应，改善白炭黑的分散，同时改性的溶聚丁苯橡胶与非改性的溶聚丁苯橡胶相比，其橡胶组合物在0℃下的tanδ数值较高，橡胶组合物的抗湿滑性能优于非改性溶聚丁苯橡胶；
(2)为提升轮胎在干、湿路面的抓地力以及高速行驶过程中转弯和变道时的操控性能，本发明采用了液体丁苯橡胶部分替代油，液体丁苯橡胶与常规的操作油相比，由于液体丁苯橡胶中苯乙烯单元的存在，引入了大量的苯环刚性基团，增加了橡胶组合物的滞后效应，可有效提升轮胎在干、湿地行驶条件下的抓地性能。同时，随着橡胶组合物中苯环刚性基团含量的增加，胶料的模量提升，轮胎在高速转弯和变道过程中的操控性能提升，有利于提高赛事成绩和使用安全性。同时，小分子量的液体丁苯与油相比，其与橡胶的相容性好，保证了胶料的加工工艺性能。
(3)本发明的橡胶组合物中使用了氢化DCPD树脂，氢化DCPD树脂中独特的双环环状刚性结构，一定程度上形成了空间位阻，限制了橡胶分子链的运动，同时增加了橡胶组合物的滞后损失和刚性，即提升轮胎的干、湿地条件下的抓地性能；
(4)填充体系选用炭黑/白炭黑并用，使用小粒径的炭黑保证橡胶组合物的干地抓地性能，同时采用白炭黑提升橡胶组合物在湿滑路面上的抓地性能。
本发明的有益效果是：本发明提供的赛车胎胎面橡胶组合物在0℃下的tanδ在0.9以上，20℃下的tanδ在0.7以上，20℃下的弹性模量E′在20以上，表明本发明的赛车胎胎面橡胶组合物具有非常优异的湿地抓地性能和干地抓地性能，操控性能同样优异，优于现有技术中所有的胎面橡胶组合物，可解决高速转弯或变道轮胎抓地力不足的问题。
本发明的赛车胎胎面橡胶组合物的混炼方法如下：
(1)一段混炼：混炼在剪切式密炼机内进行，保持密炼机转速30～45rpm，向密炼机中投入高苯乙烯乳聚丁苯橡胶、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶和中苯乙烯溶聚丁苯橡胶组成的生胶、白炭黑、硅烷偶联剂、氧化锌、硬脂酸、防老剂以及抓地力树脂，压上顶栓20～30s，提砣，投入超耐磨炭黑，压上顶栓15～20s，提砣，加入芳烃油，压栓20～30s，提砣，压上顶栓，胶料温度升至150℃，保持15～25s，排胶料，双螺杆挤出机下片，冷却，建垛；
(2)二段混炼：混炼在剪切式密炼机中进行，保持密炼机转速30～45rpm，向其中加入步骤1)所得的一段混炼胶料，压上顶栓30～40s，提砣，压上顶栓20～30s，排胶料，双螺杆挤出机下片，冷却，建垛；
(3)终炼胶混炼：混炼在密炼机中进行，保持密炼机转速25～35rpm,向其中加入步骤2)所得的二段混炼母胶、硫磺及促进剂，保持10～15s，压上顶栓20～30s，提砣，压上顶栓15～25s，提砣，压上顶栓20～30s，排胶料，双螺杆挤出机下片，冷却，建垛。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：
一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括高苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)27.5份、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)55份、改性的中苯乙烯溶聚丁苯橡胶40.0份、超耐磨炭黑90份、白炭黑30份、硅烷偶联剂KH-550 4.8份、氧化锌3份、硬脂酸2份、防老剂4020 3份、防老剂RD 1份、氢化DCPD树脂5份、环保芳烃油19份、液体丁苯橡胶1#5份、硫磺1.8份、促进剂CZ 2.6份。
实施例2：
一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括高苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)41.25份、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)68.75份、改性的中苯乙烯溶聚丁苯橡胶20份、超耐磨炭黑70份、白炭黑40份、硅烷偶联剂KH-560 4.8份、氧化锌3份、硬脂酸3份、防老剂4020 3份、防老剂RD 1份、氢化DCPD树脂8份、环保芳烃油14份、液体丁苯橡胶1#10份、硫磺1份、促进剂CZ 1.6份。
实施例3：
一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括高苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)48.125份、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)48.125份、改性的中苯乙烯溶聚丁苯橡胶30份、超耐磨炭黑70份、白炭黑40份、硅烷偶联剂KH-570 2份、氧化锌2份、硬脂酸2份、防老剂4020 3份、防老剂RD 1份、氢化DCPD树脂8份、环保芳烃油30份、液体丁苯橡胶1#15份、硫磺1.5份、促进剂TT 2.6份。
实施例4：
一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括高苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)48.125份、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)48.125份、改性的中苯乙烯溶聚丁苯橡胶30份、超耐磨炭黑70份、白炭黑40份、硅烷偶联剂KH-550 4.8份、氧化锌3份、硬脂酸2份、防老剂4020 4份、防老剂RD 2份、氢化DCPD树脂8份、环保芳烃油4份、液体丁苯橡胶1#20份、硫磺1.8份、促进剂TT 1.6份。
实施例5：
一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括高苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)55份、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)41.25份、改性中苯乙烯溶聚丁苯橡胶30份、超耐磨炭黑70份、白炭黑40份、硅烷偶联剂KH-560 4.8份、氧化锌3份、硬脂酸1份、防老剂4020 1份、防老剂RD 1份、氢化DCPD树脂8份、环保芳烃油14份、液体丁苯橡胶2#10份、硫磺1.8份、促进剂M 3.6份。
实施例6：
一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括高苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)68.75份、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)27.5份、改性中苯乙烯溶聚丁苯橡胶30份、超耐磨炭黑70份、白炭黑40份、硅烷偶联剂6.4份、氧化锌4份、硬脂酸2份、防老剂4020 3份、防老剂RD 1份、氢化DCPD树脂10份、环保芳烃油9份、液体丁苯橡胶2#15份、硫磺1.8份、促进剂TMTD 2.6份。
实施例7：
一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括高苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)48.125份、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)48.125份、中苯乙烯改性溶聚丁苯橡胶30份、超耐磨炭黑60份、白炭黑50份、硅烷偶联剂KH-550 8份、氧化锌3份、硬脂酸2份、防老剂4020 2份、防老剂RD 1份、氢化DCPD树脂10份、液体丁苯橡胶2#20份、硫磺2份、促进剂TMTD 4.0份。
对比例1：
一种胎面橡胶组合物，按重量份计，包括中苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份oil)40.33份、中苯乙烯溶聚丁苯橡胶(充37.5份oil)80.66份、顺丁橡胶12份、炭黑60份、白炭黑30份、硅烷偶联剂KH-550 4.8份、氧化锌3份、硬脂酸2份、防老剂4020 2份、防老剂RD 1.5份、C9树脂5份、环保芳烃油8份、硫磺1.8份、促进剂CZ 2.15份。
对比例2：
一种胎面橡胶组合物，按重量份计，包括高苯乙烯乳聚丁苯橡胶(充37.5份Oil)96.25份、中苯乙烯改性溶聚丁苯橡胶30份、超耐磨炭黑70份、白炭黑30份、硅烷偶联剂4.8份、氧化锌3份、硬脂酸2份、防老剂40203份、防老剂RD 1份、环保芳烃油24份、硫磺1.8份、促进剂2.6份。说明：液体丁苯橡胶1#相对分子质量8300；液体丁苯橡胶2#相对分子质量10000。
实施例1～7和对比例1、2的橡胶组合物各项性能测试结果如表1所示。
表1实施例1～7和对比例1、2的橡胶组合物各项性能测试结果
采用DMA测试方法表征橡胶组合物的动态粘弹性能，具体测试条件如下：采用拉伸测试模式，温度扫描测试，试样尺寸(60mm*10mm*2mm)，测试频率10HZ，动态应变0.25％，静态应变7％，扫描温度范围-30℃-70℃。
试验数据分析：
DMA是测试材料机械性能和黏弹性能的重要方法，使用不同温度下的tanδ、E′、E″来表征橡胶组合物的动态粘弹性能。通常情况下，使用0℃下的滞后损耗因子tanδ表征胶料的湿地抓地性能，其数值越大表明橡胶组合物的湿地抓地性能越好；20℃下的滞后损耗因子tanδ表征胶料的干地抓地性能，其数值越大表明橡胶组合物的干地抓地性能越好；20℃下的弹性模量E’表征胶料的操控性能，同样其数值越大表明橡胶组合物的操控性能越好。
由表1中的数据可知，本发明提供的赛车胎胎面橡胶组合物在0℃下的tanδ值在0.9以上，20℃下的tanδ值在0.7以上，20℃下的E′值在20以上，表明其具有非常优异的湿地抓地性能和干地抓地性能，同时具有良好的操控性能，可满足高速转弯和变道的使用要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高抓地力、高操控性能的赛车胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括如下组分：
高苯乙烯乳聚丁苯橡胶27.5～68.75份；
高苯乙烯溶聚丁苯橡胶27.5～68.75份；
中苯乙烯溶聚丁苯橡胶20～40份；
超耐磨炭黑60～90份；
白炭黑30～50份；
硅烷偶联剂2～8份；
芳烃油0～30份；
氧化锌2～4份；
硬脂酸1～3份；
防老剂2～6份；
抓地力树脂5～10份；
液体丁苯橡胶5～20份；
硫磺1～2份；
促进剂1.6～4.0份；
所述高苯乙烯乳聚丁苯橡胶和高苯乙烯溶聚丁苯橡胶充油的质量分数为27.3％；所述中苯乙烯溶聚丁苯橡胶为末端改性的溶聚丁苯橡胶；所述抓地力树脂为氢化DCPD树脂，软化点为120～145℃，分子量为200～300，所述液体丁苯橡胶的分子量为8300～10000。
2.根据权利要求1所述的赛车胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述高苯乙烯乳聚丁苯橡胶的苯乙烯含量为35～45wt％，乙烯基占丁二烯总量的10％～20％，所述高苯乙烯溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量为38～42％，乙烯基占丁二烯总量的50％～60％，所述中苯乙烯溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量为20～30％，乙烯基占丁二烯总量的50％～65％。
3.根据权利要求2所述的赛车胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述超耐磨炭黑为CTAB吸附比表面积在120×103～132×103m2/kg，粒径为11～19nm的超耐磨炉黑。
4.根据权利要求3所述的赛车胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述超耐磨炭黑为N110炭黑。
5.根据权利要求2或3所述的赛车胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述白炭黑为氮吸附比表面积NSA在170～200m2/g的沉淀法白炭黑。
6.根据权利要求5所述的赛车胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述白炭黑为沉淀法白炭黑Z-175。
7.根据权利要求1～4、6中任一项所述的赛车胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD、防老剂4020中的一种或两种的混合物。
8.根据权利要求1～4、6中任一项所述的赛车胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂。
9.权利要求1～8中任一项所述的赛车胎胎面橡胶组合物的混炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)一段混炼：混炼在剪切式密炼机内进行，保持密炼机转速30～45rpm，向密炼机中投入高苯乙烯乳聚丁苯橡胶、高苯乙烯溶聚丁苯橡胶和中苯乙烯溶聚丁苯橡胶组成的生胶、白炭黑、硅烷偶联剂、氧化锌、硬脂酸、防老剂以及抓地力树脂，压上顶栓20～30s，提砣，投入超耐磨炭黑，压上顶栓15～20s，提砣，加入芳烃油，压栓20～30s，提砣，压上顶栓，胶料温度升至150℃，保持15～25s，排胶料，双螺杆挤出机下片，冷却，建垛；
(2)二段混炼：混炼在剪切式密炼机中进行，保持密炼机转速30～45rpm，向其中加入步骤1)所得的一段混炼胶料，压上顶栓30～40s，提砣，压上顶栓20～30s，排胶料，双螺杆挤出机下片，冷却，建垛；
(3)终炼胶混炼：混炼在密炼机中进行，保持密炼机转速25～35rpm，向其中加入步骤2)所得的二段混炼母胶、硫磺及促进剂，保持10～15s，压上顶栓20～30s，提砣，压上顶栓15～25s，提砣，压上顶栓20～30s，排胶料，双螺杆挤出机下片，冷却，建垛。
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