CN110423413A - 一种橡胶组合物及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮胎技术领域，尤其涉及一种橡胶组合物及其制备方法与应用。本发明公开了一种橡胶组合物，由以下组分制成：卤化丁基橡胶、天然橡胶、炭黑、发泡剂、活化剂和助剂。本发明橡胶组合物与真空子午线轮胎内衬层胶料配方相似度较高，保证了该橡胶组合物与轮胎内衬层胶料的共硫化效果，从而不会出现橡胶组合物从轮胎本体脱落现象，也无需对胶囊隔离剂进行清洗。另外，发泡剂的使用，使得橡胶组合物发泡效果好；活化剂的使用，活化了发泡剂，从而降低了发泡剂的分解温度，保证该橡胶组合物能在轮胎硫化温度160～180℃范围内能正常发泡。该橡胶组合物应用在轮胎上时，可以使得轮胎具备较低的空腔噪声。

Description

一种橡胶组合物及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及轮胎技术领域，尤其涉及一种橡胶组合物及其制备方法与应用。
背景技术
随着汽车产业的快速发展，消费者对汽车舒适性要求越来越高。轮胎噪声一直是影响汽车NVH性能的重要因素，伴随着新能源汽车的井喷式发展，降低轮胎噪声成为当前汽车开发最重要的课题。
影响乘客舒适性的最重要的噪声就是轮胎的空腔噪声，所有轮胎的空腔噪声频率在200～250Hz之间有一个明显的单峰或者分裂峰，空腔噪声是轮胎行驶过程中路面与轮胎激励引起空腔共振，通过底盘与车身部件的传递，引起车内噪声。
由于主机厂的高要求，轮胎制造厂商都在尝试各种办法改善空腔噪声，目前比较成熟的一种方法就是在轮胎腔内通过外用胶粘剂的方式贴上一层高度发泡的材料(例如：PU类、三聚氰胺类材料)，这种方法改变了空腔的形状与体积，降低声波在腔体内周向传导时的叠加共振现象，能有效改善轮胎空腔噪声，但使用这种高度发泡材料时需要对轮胎硫化时喷涂的胶囊隔离剂清理，工序较为繁琐，且该高温发泡材料高温与动态使用过程中易脱落。
发明内容
本发明提供了一种橡胶组合物及其制备方法与应用，解决了现有的高度发泡材料通过胶粘剂固定在轮胎腔内，固定方式繁琐，且在高温与动态使用过程中易脱落的问题。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种橡胶组合物，由以下组分制成：
卤化丁基橡胶、天然橡胶、炭黑、发泡剂、活化剂和助剂。
优选地，所述发泡剂为偶氮类发泡剂。
所述卤化丁基橡胶为溴化丁基橡胶。
所述活化剂为氧化锌。
所述炭黑为半补强炭黑。
所述助剂包括：硬脂酸、噻唑类促进剂和硫磺。
本发明中，天然橡胶：20#标准胶，灰分<1.0％；杂质<0.16％；挥发分<0.8％；为本发明橡胶组合物基本橡胶；
溴化丁基橡胶：灰分<0.7％；挥发分<0.7％；为本发明组合物基本橡胶；
溴化丁基橡胶和天然橡胶为本发明橡胶组合物的基本橡胶。
偶氮类化学发泡剂，发气量>200ml/g，分解温度在200～220℃；偶氮类发泡剂的使用，能有效解决卤化丁基胶发泡难控制的问题。
氧化锌：粉末状；氧化锌含量>99.5％；325目筛余物<0.15％；醋酸不溶物<0.008％；本发明中，氧化锌用作与轮胎本体的内衬层进行共硫化，作为发泡剂的活化剂，并与本发明其他助剂协同作用；
硬脂酸：颗粒状；碘值<8gI2/100g；冻凝点57.0±5.0℃；酸值200.0±12.0mg KOH/g；本发明中，硬脂酸用作与轮胎本体的内衬层进行共硫化的活化剂，并与本发明其他助剂协同作用；
炭黑：颗粒状；105℃加热减量<1.5％；325目筛余物<0.05％；本发明中，炭黑用作橡胶补强剂，并与本发明其他助剂协同作用；
硫磺：粉末状；总硫量>98％；200目筛余物<0.5％；80℃，3小时加热减量<0.5％；本发明中，硫磺用作胶料硫化交联剂，并与本发明其他助剂协同作用；
噻唑类促进剂：粉末状；初熔点167℃；70℃，3小时加热减量<0.4％，本发明中，噻唑类促进剂用作胶料硫化促进剂，并与本发明其他助剂协同作用。
优选地，按重量份计，由以下组分制成：
所述卤化丁基橡胶30～90份；
所述天然橡胶0～40份；
所述炭黑30～100份；
发泡剂3～30份；
所述活化剂3～8份；
所述助剂2.5～41份。
优选地，按重量份计，由以下组分制成：
所述卤化丁基橡胶70～90份；
所述天然橡胶10～30份；
所述炭黑50～70份；
发泡剂8～15份；
所述活化剂3.5～5份；
所述助剂7.5～41份。
优选地，按重量份计，所述助剂包括：
所述硬脂酸1～5份，更优选为4份；
所述噻唑类促进剂1～2份，更优选为1.5份；
所述硫磺0.5～1份，更优选为0.8份。
优选地，按重量份计，所述助剂还包括：油和树脂；
所述油4～30份，更优选为12份；
所述树脂1～3份，更优选为3份。
本发明中，橡胶组合物的组分与真空子午线轮胎内衬层胶料配方相似度较高，从而保证了该橡胶组合物与轮胎内衬层胶料的共硫化效果，使得该橡胶组合物在高温与动态使用过程中不易脱落。另外，发泡剂的使用，使得橡胶组合物的发泡效果好；活化剂的使用，一方面活化了噻唑类促进剂有助于胶料的硫化，另一方面活化了发泡剂，从而降低了发泡剂的分解温度，保证该橡胶组合物能在轮胎硫化温度160～180℃范围内能正常发泡。
本发明还提供了一种包橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
将卤化丁基橡胶、天然橡胶、炭黑、发泡剂、活化剂和助剂进行混炼，得到橡胶组合物。
本发明中，混炼具体采用二段式混炼工艺，其中一段混炼的原料为：天然橡胶、卤化丁基橡胶、炭黑、氧化锌、硬脂酸、油和树脂；所述一段混炼的排胶温度为130℃；二段混炼的原料为：氧化锌、噻唑类促进剂和硫磺；所述二段混炼的排胶温度为105℃。
本发明还提供了上述橡胶组合物或上述制备方法制得的橡胶组合物在轮胎中的应用。
本发明还提供了一种轮胎，包括：发泡层和轮胎本体；
所述发泡层与所述轮胎本体交联形成轮胎；
所述发泡层周向设置在所述轮胎本体的内衬层的外表面；
所述发泡层为上述橡胶组合物或上述制备方法制得的橡胶组合物发泡形成。
需要说明的是，本发明中，轮胎本体包括内衬、胎体和钢丝圈等部件，为现有技术中的轮胎。
优选地，所述发泡层的厚度为5～40mm，更优选为15～20mm。
本发明中，发泡层与轮胎本体的内腔的内衬层形成交联的三维网状结构，进而发泡层与轮胎本体形成一体化结构，使得发泡层不会脱落。另外，由于发泡层周向设置，且发泡层发泡效果好，因此，该轮胎的吸音效果好。
本发明还提供了上述轮胎的制备方法，包括以下步骤：
将橡胶组合物与轮胎本体的内衬层的外表面贴合，然后进行共硫化，得到轮胎。
本发明中，硫化又称交联或熟化，是现有轮胎制备工艺的必要步骤。橡胶组合物与轮胎本体的内衬层的外表面进行共硫化过程中，实现交联的同时，实现橡胶组合物的发泡。橡胶组合物为发泡层未发泡的形态，其厚度为2～5mm，更优选为3mm。
优选地，所述贴合后，进行所述共硫化之前，还包括：充气反包成胚胎。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种橡胶组合物，由以下组分制成：卤化丁基橡胶、天然橡胶、炭黑、发泡剂、活化剂和助剂。
本发明橡胶组合物与真空子午线轮胎内衬层胶料配方相似度较高，保证了该橡胶组合物与轮胎内衬层胶料的共硫化效果，从而不会出现橡胶组合物在高温与动态使用过程中从轮胎本体脱落现象，也无需对胶囊隔离剂进行清洗。另外，发泡剂的使用，使得橡胶组合物发泡效果好；活化剂的使用，活化了发泡剂，从而降低了发泡剂的分解温度，保证该橡胶组合物能在轮胎硫化温度160～180℃范围内能正常发泡。该橡胶组合物应用在轮胎上时，可以使得轮胎具备较低的空腔噪声。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1提供的静音轮胎的截面示意图；
图2为本发明实施例3提供的轮胎实车空腔噪声测试结果图；
图3为本发明实施例4提供的轮胎室内力传函空腔噪声测试结果图；
图4为本发明实施例4提供的轮胎实车空腔噪声测试结果图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种橡胶组合物及其制备方法与应用，用于解决现有的高度发泡材料通过胶粘剂固定在轮胎腔内，固定方式繁琐，且在高温与动态使用过程中易脱落的问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例为轮胎的制备
以重量计为：NR:54kg，BIIR胶126kg，炭黑117kg，发泡剂偶氮二甲酰胺15kg，氧化锌5.4kg，硬脂酸3.6kg，油12.6kg，树脂4.5kg，噻唑类促进剂2.7kg，硫磺0.9kg。将上述组合物材料采用2段混炼工艺进行加工，混炼均在F370型密炼机中进行，转子转速为10-60r/min；2段混炼后开炼机出片；加料顺序：一段中加NR:54kg，BIIR胶126kg，炭黑117kg，硬脂酸3.6kg，油12.6kg，树脂4.5kg，排胶温度130℃；二段加入氧化锌5.4kg，噻唑类促进剂2.7kg，硫磺0.9kg，排胶温度为105℃。停放4小时后，胶片厚度控制在3mm，宽度可根据轮胎尺寸变化进行分切调整。压延后的胶片，再停放4小时后进行轮胎胎胚成型，胎胚成型时先在成型机上贴合一层胶片，然后再按照正常工艺贴上内衬、胎体、钢丝圈等部件，最后充气反包成胎胚，再停放8小时后进行轮胎胎胚成型，最后对胎胚177℃下硫化成最终轮胎，轮胎规格为215/50R17。
如图1所示，轮胎的发泡层设置在所述轮胎本体的内腔内衬层的外表面，且与轮胎本体进行交联。
实施例2
本实施例为轮胎的制备
以重量计为：NR:36kg，BIIR胶144kg，炭黑117kg，发泡剂偶氮二甲酰胺20kg，氧化锌5.4kg，硬脂酸5kg，油12.6kg，树脂4.5kg，噻唑类促进剂2.7kg，硫磺0.9kg。将上述组合物材料采用2段混炼工艺进行加工，混炼均在F370型密炼机中进行，转子转速为10-60r/min；2段混炼后开炼机出片；加料顺序：一段中加NR:36kg，BIIR胶144kg，炭黑117kg，氧化锌5.4kg，硬脂酸5kg，油12.6kg，树脂4.5kg，排胶温度130℃；二段加入氧化锌5.4kg，噻唑类促进剂2.7kg，硫磺0.9kg，排胶温度为105℃。停放4小时后，胶片厚度控制在3mm，宽度可根据轮胎尺寸变化进行分切调整。压延后的胶片，再停放4小时后进行轮胎胎胚成型，胎胚成型时先在成型机上贴合一层胶片，然后再按照正常工艺贴上内衬、胎体、钢丝圈等部件，最后充气反包成胎胚，再停放8小时后进行轮胎胎胚成型，最后对胎胚177℃下硫化成轮胎，轮胎规格为215/50R17。
对比例1
本实施例为轮胎的制备，本实施例与实施例1的不同之处在于，未加入发泡剂。
以重量计为：NR:54kg，BIIR胶126kg，炭黑117kg，氧化锌5.4kg，硬脂酸3.6kg，油12.6kg，树脂4.5kg，噻唑类促进剂2.7kg，硫磺0.9kg。将上述组合物材料采用2段混炼工艺进行加工，混炼均在F370型密炼机中进行，转子转速为10-60r/min；3段混炼后开炼机出片；加料顺序：一段中加NR:54kg，BIIR胶126kg，炭黑117kg，硬脂酸3.6kg，油12.6kg，树脂4.5kg，排胶温度130℃；二段加入氧化锌5.4kg，噻唑类促进剂2.7kg，硫磺0.9kg，排胶温度为105℃。停放4小时后，胶片厚度控制在3，宽度可根据轮胎尺寸变化进行分切调整。压延后的胶片，再停放4小时后进行轮胎胎胚成型，胎胚成型时先在成型机上贴合一层胶片，然后再按照正常工艺贴上内衬、胎体、钢丝圈等部件，最后充气反包成胎胚，再停放8小时后进行轮胎胎胚成型，最后对胎胚177℃下硫化成轮胎，轮胎规格为215/50R17。
对比例2
本实施例为轮胎的制备
以重量计为：NR:54kg，BIIR胶126kg，炭黑117kg，发泡剂偶氮二甲酰胺15kg，氧化锌1kg，硬脂酸1kg，油12.6kg，树脂4.5kg，噻唑类促进剂2.7kg，硫磺0.9kg。将上述组合物材料采用2段混炼工艺进行加工，混炼均在F370型密炼机中进行，转子转速为10-60r/min；2段混炼后开炼机出片；加料顺序：一段中加NR:54kg，BIIR胶126kg，炭黑117kg，硬脂酸1kg，油12.6kg，树脂4.5kg，排胶温度130℃；二段加入氧化锌5.4kg，噻唑类促进剂2.7kg，硫磺0.9kg，排胶温度为105℃。停放4小时后，胶片厚度控制在3mm，宽度可根据轮胎尺寸变化进行分切调整。压延后的胶片，再停放4小时后进行轮胎胎胚成型，胎胚成型时先在成型机上贴合一层胶片，然后再按照正常工艺贴上内衬、胎体、钢丝圈等部件，最后充气反包成胎胚，再停放8小时后进行轮胎胎胚成型，最后对胎胚硫化成轮胎，轮胎规格为215/50R17。
对比例3
本对比例为现有轮胎的制备
本对比例轮胎规格为215/50R17，与实施例1不同之处在于，本对比例不含有发泡层，使用甲苯溶剂清洗轮胎内衬表面残留的胶囊隔离剂与胎胚喷涂剂，待溶剂挥发后，在轮胎内衬表面人工贴合一层与实施例1同等厚度的PU发泡材料，得到静音轮胎。
对比例4
本对比例轮胎规格为215/50R17，不作任何处理。
实施例3
对实施例1、实施例2、对比例1和对比例2制备的轮胎进行实车测试空腔噪声。
结果如图1所示，200～250Hz频率范围内对应的峰值为轮胎的空腔噪声。本发明实施例1～2制备出的轮胎，实车测试在200～250Hz频率范围内产生的峰值明显较对比例1～2低，空腔噪声更好，这说明该发明橡胶组合物中无论是取消发泡剂或者减少活性剂用量，都不能达到本发明实施例的空腔噪声水平。另外，通过对比实施例1和实施例2，可以发现，在质量比为(3～30)：(3～8)范围内调整发泡剂与生胶的用量，200～250Hz范围内的峰值变化幅度不大。
实施例4
对实施例1和对比例3、对比例4制备的轮胎进行室内力传函及实车测试空腔噪声。
结果如图3和图4所示，对比例4中未经处理的轮胎，在200～250Hz区间范围内有一个较为明显的峰，该峰被认为是轮胎空腔噪声的主要原因，实施例1提供的静音轮胎与对比例3提供的静音轮胎在该频率区间内并未出现明显的峰，这说明本发明实施例1提供的静音轮胎的空腔噪声得到了极大的改善。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种橡胶组合物，其特征在于，由以下组分制成：
卤化丁基橡胶、天然橡胶、炭黑、发泡剂、活化剂和助剂。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，按重量份计，由以下组分制成：
所述卤化丁基橡胶30～90份；
所述天然橡胶0～40份；
所述炭黑30～100份；
所述发泡剂3～30份；
所述活化剂3～8份；
所述助剂2.5～41份。
3.根据权利要求2所述的橡胶组合物，其特征在于，按重量份计，由以下组分制成：
所述卤化丁基橡胶70～90份；
所述天然橡胶10～30份；
所述炭黑50～70份；
发泡剂8～15份；
所述活化剂3.5～5份；
所述助剂7.5～41份。
4.根据权利要求3所述的橡胶组合物，其特征在于，所述发泡剂为偶氮类发泡剂；
所述卤化丁基橡胶为溴化丁基橡胶；
所述活化剂为氧化锌；
所述炭黑为半补强炭黑；
所述助剂包括：硬脂酸，噻唑类促进剂和硫磺。
5.根据权利要求4所述的橡胶组合物，其特征在于，按重量份计，所述助剂包括：
所述硬脂酸1～5份；
所述噻唑类促进剂1～2份；
所述硫磺0.5～1份。
6.根据权利要求5所述的橡胶组合物，其特征在于，按重量份计，所述助剂还包括：油和树脂；
所述油4～30份；
所述树脂1～3份。
7.权利要求1至6任意一项所述的橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将卤化丁基橡胶、天然橡胶、炭黑、发泡剂、活化剂和助剂进行混炼，得到橡胶组合物。
8.根据权利要求7所述的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物的厚度为2～5mm。
9.根据权利要求8所述的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物的厚度为3cm。
10.权利要求1至6任意一项所述的橡胶组合物在轮胎中的应用。
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