CN111100337A - 一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非均质冬季轮胎胎面胶，其中有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体的面积比为1：2：1；胎面胶单元体沿胎面宽度方向长度比为有利于防侧滑胎面胶单元体：有利于起动胎面胶单元体：有利于防侧滑胎面胶单元体＝1：3：1，本发明所制备的非均质冬季轮胎胎面胶，分别针对有利于车辆起动、制动及防侧滑三种典型运动状态优化设计胎面胶单元材料，再通过改变胎面胶单元材料之间的结构、形状及分布比例组合优化，最终形成非均质的胎面材料，并应用到汽车冬季轮胎相关问题的解决中，为高抗滑轮胎的研究奠定理论基础。

Description

一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺
技术领域
本发明涉及橡胶轮胎技术领域，尤其涉及一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺。
背景技术
我国受冰雪影响的地区约占全国国土面积的二分之一，尤其是东北、西北地区。在漫长的冬季，冰雪路面的附着系数很低，很容易出现车辆打滑和车辆失控的情况，致使车速减慢、交通阻断，严重时导致交通事故频繁发生，特别是交叉路口、上下坡及弯道区域，冰雪路面对交通的影响更加明显。据统计，冰雪引起的交通事故数量较正常情况下一般高出3-4倍。车辆在冰雪路面上行驶，尤其是上坡、起步时，因汽车轮胎与路面的摩擦系数减小、附着力大大降低，汽车驱动轮很容易打滑或空转；当遇紧急情况制动时，制动距离会大大延长，高于一般干燥路面的4倍以上；当在冰雪路面上转弯时，很容易造成侧滑及方向跑偏现象。
目前，国内外对于冬季轮胎的研究、生产和使用都相当重视，冬季轮胎已经成为轮胎分类的品种之一。国际上轮胎生产制造商(如普利司通、邓禄普、韩泰、米其林、固特异等)都在加大对冬季轮胎的研究、生产和制造。美国、加拿大、欧洲等很多国家和地区都有明确规定，汽车在冬季必须更换冬季轮胎，有些国家用立法进行约束，而中国却没有相关的法规强制要求。但随着对于交通重视程度的增强和安全意识的提高，我国冬季轮胎的需求量迅速增大，国内轮胎企业必将关注国内外冬季轮胎市场的走向，开展适合我国国情的冬季轮胎的研究愈发重要。因此，加强研究冬季轮胎安全行驶性、减少或不损伤路面、降低轮胎行驶能量的损耗，对于提高北方汽车在冰雪路面，特别是在北方城市冬季多间断性、薄冰、硬质冰雪道路上的安全行驶性能，保障道路畅通，减少交通事故具有重要意义，非均质冬季轮胎胎面胶可有效提高冰雪路面车辆起动、制动及侧滑等综合抗滑性能，而现有冬季轮胎在起动、制动及侧滑等某方面具有抗滑优势，其三方面综合起来的抗滑性能欠佳。
因此，为了有效解决上述问题，本发明提供了一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺，本发明通过分别针对有利于车辆起动、制动及防侧滑三种典型运动状态优化设计胎面胶单元材料，再通过改变胎面胶单元材料之间的结构、形状及分布比例组合优化，最终形成非均质的胎面材料，有效提高冬季轮胎的综合抗滑性和使用安全性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺，本发明通过分别针对有利于车辆起动、制动及防侧滑三种典型运动状态优化设计胎面胶单元材料，改变原有的单一均质胎面材料入手，研究采用非均质胎面材料的性能来提高轮胎在冰雪路面的综合抗滑性能，再通过改变胎面胶单元材料之间的结构、形状及分布比例组合优化，最终形成非均质的胎面材料，有效提高冬季轮胎的抗滑性和使用安全性，对于提高冰雪路面上轮胎的综合行驶性能和汽车行驶安全问题具有重要意义。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种非均质冬季轮胎胎面胶，包括原材料：有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体；其中，所述有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体沿非均质冬季轮胎胎面胶单元体长度方向依次交替分布，所述有利于防侧滑胎面胶单元体位于有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体两侧；
所述胎面胶单元体沿胎面宽度方向长度比为有利于防侧滑胎面胶单元体：有利于起动胎面胶单元体/有利于制动胎面胶单元体：有利于防侧滑胎面胶单元体＝1：3：1；所述有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体的面积比为1：2：1。
针对有利于起动、制动和防侧滑三种运动状态，雪路面、冰雪混合路面、压实冰路面及冰水混合路面四种典型工况，载荷、环境温度(-5～-40℃)、行驶速度(10～60km/h)及转弯半径四种条件下进行胎面胶单元体分布组合优化，获得满足雪路面、冰雪混合路面、压实冰路面、冰水混合路面及上述四种综合路面工况下的车辆起动、制动及防侧滑综合性能优良的胎面胶多元体。采用人工神经网络中的“多层误差反向传播”算法(BP算法)和基于共享小生境技术的遗传算法(pareto GA)并应用Matlab软件来求解多目标分布组合优化问题，构建了由输入层、第一隐层、第二隐层和输出层组成的多层前向神经网络。通过改变有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体及有利于防侧滑胎面胶单元体的结构、形状、分布比例，对比了各种分布组合，寻找出了本发明最佳的分布组合方案。
优选地，所述有利于起动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶 80-120份，白炭黑13-18份，炭黑30-50份，促进剂0.8-1.3份，硫化剂1.5-2.5 份，防老剂3-4份，硬脂酸2-3份，氧化锌3-5份，操作油5-7份。
优选地，所述有利于起动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶 100份，白炭黑15份，炭黑40份，促进剂1.1份，硫化剂1.8份，防老剂3.6 份，硬脂酸2.5份，氧化锌4份，操作油6份。
优选地，所述基体橡胶为天然橡胶和丁苯橡胶，按重量份计，天然橡胶 70份，丁苯橡胶30份；所述炭黑为炭黑N234，所述促进剂为NOBS，所述硫化机为硫黄。
优选地，所述有利于起动胎面胶单元体的制备工艺为：
一段混炼：将基体橡胶天然橡胶和丁苯橡胶分别混炼，转子转速设置为 50-60r/min，混炼30-40min，当二者的黏度相近后，混合在一起继续混炼10-15 min，此时转子转速设置为35-45r/min，排胶温度设置为120-125℃；
二段混炼：一段混炼后的基体橡胶放置5-8min后，依次加入硬脂酸和防老剂总量的2/3进行混炼15-20min，转子转速设置为45-55r/min，然后依次加入炭黑总量的1/2继续混炼10-15min，转子转速设置为40-50r/min，排胶温度设置为125-130℃；
三段混炼：二段混炼后的基体橡胶放置3-5min后，依次加入促进剂、操作油和剩余的防老剂混炼15-20min，转子转速设置为40-50r/min，然后依次加入白炭黑、剩余的炭黑继续混炼15-20min，转子转速设置为35-45r/min，排胶温度设置为110-120℃；
将三段混炼后的基体橡胶放置10-15min后，进行硫化，硫化温度为 135-145℃，硫化压力为4-6MPa，硫化时间为90-110min，硫化后在空气中自然降温，即得到有利于提高起动性的胎面胶单元体。
优选地，所述有利于制动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶 80-120份，白炭黑10-20份，炭黑25-35份，促进剂1-3份，硫化剂1-2份，防老剂1-2份，硬脂酸2-3份，氧化锌1-2份，芳烃油7-9份，硅烷偶联剂3-4 份，短切碳纤维3-19份。
优选地，所述有利于制动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶 100份，白炭黑15份，炭黑30份，促进剂2份，硫化剂1.6份，防老剂1.6 份，硬脂酸2.4份，氧化锌1.5份，芳烃油8.75份，硅烷偶联剂3.5份，短切碳纤维10.6份。
优选地，所述基体橡胶为天然橡胶和丁苯橡胶，按重量份计，天然橡胶 80份，丁苯橡胶20份；所述炭黑为炭黑N330，所述硫化机为硫黄，所述促进剂为CZ，所述硅烷偶联剂为Si-69。
优选地，所述有利于制动胎面胶单元体的制备工艺为：
一段混炼：将基体橡胶天然橡胶和丁苯橡胶分别混炼，转子转速设置为 55-65r/min，混炼25-35min，当二者的黏度相近后，混合在一起继续混炼10-12min，转子转速设置为40-50r/min，排胶温度设置为130-135℃；
二段混炼：一段混炼后的基体橡胶放置3-5min后，依次加入硬脂酸和防老剂混炼20-25min，转子转速设置为60r/min，然后依次加入炭黑总量的1/2 和白炭黑总量的2/3继续混炼15-20min，转子转速设置为45-55r/min，排胶温度设置为120-125℃；
三段混炼：二段混炼后的基体橡胶放置2-3min后，依次加入硅烷偶联剂、芳烃油、促进剂、氧化锌、短切碳纤维，混炼20-30min，转子转速设置为35-45 r/min，然后依次加入剩余的炭黑和白炭黑，继续混炼15-20min，转子转速设置为40r/min，排胶温度设置为110-115℃。
将三段混炼后的基体橡胶放置5-8min后，进行硫化，硫化温度控制在135 -140℃，硫化压力为5-7MPa，硫化时间为90-110min，硫化后在空气中自然降温，即得到有利于提高制动性的胎面胶单元体。
优选地，还包括所述短切碳纤维的表面改性处理：首先采用6％聚二苯基甲烷二异氰酸酯的甲苯溶液预浸短切碳纤维，二者的体积质量为100ml：1g，混合均匀后浸渍20-30min，然后过滤出短切碳纤维，在160-180℃下干燥 6-8min。
优选地，所述有利于防侧滑胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑15-25份，炭黑30-50份，促进剂1-2份，硫化剂1-2份，防老剂1-2份，硬脂酸1-3份，氧化锌2-3份，芳烃油4-6份，石蜡1-2份，增粘剂2-4份，硅烷偶联剂2-4份，短钢丝纤维9.5-31.9份。
优选地，所述有利于防侧滑胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶100份，白炭黑20份，炭黑40份，促进剂1.8份，硫化剂1.8份，防老剂 1.6份，硬脂酸1.8份，氧化锌2.5份，芳烃油4.75份，石蜡1.2份，增粘剂 2.6份，硅烷偶联剂2.8份，短钢丝纤维20.1份。
优选地，所述基体橡胶为天然橡胶和丁苯橡胶，按重量份计，天然橡胶 75份，丁苯橡胶25份；所述炭黑为炭黑N339，所述硫化机为硫黄，所述促进剂为NOBS，所述硅烷偶联剂为Si-69，所述防老剂为防老剂4010NA，所述增粘剂为增粘剂C501。
优选地，所述有利于防侧滑胎面胶单元体的制备工艺为：
一段混炼：将基体橡胶天然橡胶和丁苯橡胶分别混炼，转子转速设置为 60-70r/min，混炼20-25min左右，当二者的黏度相近后，混合在一起继续混炼10-15min，转子转速设置为55-65r/min，排胶温度设置为135-140℃；
二段混炼：一段混炼后的基体橡胶放置3-5min后，依次加入氧化锌、硬脂酸和防老剂混炼15-20min，转子转速设置为50-60r/min，然后依次加入炭黑总量的2/3和白炭黑总量的1/2，继续混炼15-20min，转子转速设置为,45-55r/min，排胶温度设置为130-135℃；
三段混炼：二段混炼后的基体橡胶放置3-5min后，依次加入石蜡、硅烷偶联剂、增粘剂、芳烃油、促进剂、短钢丝纤维，混炼30-35min，转子转速设置为40-50r/min，然后依次加入剩余的炭黑和白炭黑继续混炼20-25min，转子转速设置为40-50r/min，排胶温度设置为125-130℃；
将三段混炼后的基体橡胶放置3-5min后，进行硫化，硫化温度为 140-145℃，硫化压力为5-6MPa，硫化时间为80-100min，硫化后在空气中自然降温，即得到有利于提高防侧滑性的胎面胶单元体。
优选地，还包括对短钢丝纤维的表面涂层处理，步骤为：(1)首先利用浓度为90％硫酸和浓度为95％硝酸混合溶液(二者混合比为2:1)酸洗5-8min，然后利用纯度为98％的蒸馏水(水压为3-5MPa)冲洗3-5min，然后在150-160℃条件下烘干5-6min；(2)在步骤(1)得到的短钢丝纤维得表面先镀铜，然后用纯度为98％的蒸馏水冲洗，然后渡锌，然后用温度为80-90℃的纯度为 98％的蒸馏水，然后利用HNO4浸泡5-8min，然后180-200℃条件下烘干5-8min，使镀铜和锌层后的短钢丝纤维具有极性或反应性官能团。
三短混炼工艺虽然为现有技术，但是当改变每段混炼时的具体参数(转子转速、混炼时间、排胶温度等)后，其获得的胎面胶性能会产生差异，而且胎面单元体配方(配方组成、用量等)的微量调整，加之混炼参数的调整，组合后其胎面单元体性能会有多种情况，这需要技术人数做大量的实验反复调整相互之间最优的匹配参数，本技术方案是经过技术人员在海量实验数据基础上，采用神经网络模糊控制的方法，最终匹配获得的性能更加优化的胎面胶单元体。
上述的一种非均质冬季轮胎胎面胶的制备工艺，包括如下步骤：将制备的有利于防侧滑胎面胶单元体放入第一挤出机和第三挤出机中进行预热，有利于制动胎面胶单元体和有利于起动胎面胶单元体放入第二挤出机中进行预热；预热完成后的单元体依次经过各挤出机的第一加热区、第二加热区、第三加热区进行加热，在挤出口进行汇合后，复合挤出成型的非均质冬季轮胎胎面胶，然后自然冷却20-25min后，再利用温度为12-14℃的水喷淋8-10min，即得到一种非均质冬季轮胎胎面胶。
优选地，所述第二挤出机与第一挤出机、第三挤出机分别成90度排列，所述第二挤出机的喂料顺序为有利于起动胎面胶单元体在先、有利于制动胎面胶单元体在后。
优选地，所述第二挤出机的预热温度为45℃，第一加热区温度为65℃，第二加热区温度为75℃，第三加热区温度为75℃。
优选地，所述第一挤出机和第三挤出机的预热温度为40℃，第一加热区温度为60℃，第二加热区温度为70℃，第三加热区温度为70℃。
优选地，所述第一挤出机、第二挤出机和第三挤出机的挤出速度为 2m/min。
优选地，所述第一挤出机、第二挤出机和第三挤出机的单元体厚度均为 10mm。
非均质冬季轮胎胎面胶为3方4块结构形式，即由有利于起动胎面单元体配方、有利于制动胎面单元体配方和有利于防侧滑胎面单元体配方3种配方组合而成，结构形式分为1块有利于起动胎面胶单元体(占25％)、1块有利于制动胎面胶单元体(占50％)和2块防侧滑胎面胶单元体(共占25％) 共计4块，采用复合机头挤出机法、冷喂料挤出工艺制备非均质冬季轮胎胎面胶，制备的胎面胶在车辆起动、制动及防侧滑3个方面均有优良的性能。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明所制备的非均质冬季轮胎胎面胶，分别针对有利于车辆起动、制动及防侧滑三种典型运动状态优化设计胎面胶单元材料，再通过改变胎面胶单元材料之间的结构、形状及分布比例组合优化，最终形成非均质的胎面材料，并应用到汽车冬季轮胎相关问题的解决中，为高抗滑轮胎的研究奠定理论基础，并能进一步推动冬季轮胎的应用性和安全使用性进一步发展，研究成果对于提高冰雪路面上轮胎的综合行驶性能和汽车行驶安全问题具有重要意义。
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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种非均质冬季轮胎胎面胶的分布组合结构图；
图2为实施例5方案2轮胎胎面胶的分布组合结构图；
图3为实施例5方案3轮胎胎面胶的分布组合结构图；
图4为实施例5方案4轮胎胎面胶的分布组合结构图；
其中，
1-有利于制动胎面胶单元体；2-有利于起动胎面胶单元体；3-有利于防侧滑胎面胶单元体。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
非均质冬季轮胎胎面胶的制备：将制备的有利于防侧滑胎面胶单元体放入第一挤出机和第三挤出机中进行预热，有利于制动胎面胶单元体和有利于起动胎面胶单元体放入第二挤出机中进行预热，喂料顺序为有利于起动胎面胶片在先、有利于制动胎面胶片在后；预热完成后的单元体依次经过各挤出机的第一加热区、第二加热区、第三加热区进行加热，第二挤出机的预热温度为45℃，第一加热区温度为65℃，第二加热区温度为75℃，第三加热区温度为75℃，第一挤出机和第三挤出机的预热温度为40℃，第一加热区温度为 60℃，第二加热区温度为70℃，第三加热区温度为70℃；然后在挤出口进行汇合后，复合挤出成型的非均质冬季轮胎胎面胶，第一挤出机、第二挤出机和第三挤出机的挤出速度为2m/min；然后自然冷却20-25min，再利用温度为 12-14℃的水喷淋8-10min，即得到一种非均质冬季轮胎胎面胶；
其中，有利于起动胎面胶单元体的原料：天然橡胶56份，丁苯橡胶24 份，白炭黑13份，炭黑N234 30份，促进剂NOBS 0.8份，硫黄1.5份，防老剂3份，硬脂酸2份，氧化锌3份，芳烃油5份；
有利于制动胎面胶单元体的原料：天然橡胶64份，丁苯橡胶16份，白炭黑10份，炭黑N330 25份，促进剂CZ 1份，硫黄1份，防老剂1份，硬脂酸2份，氧化锌1份，芳烃油7份，硅烷偶联剂Si-69 3份，短切碳纤维3 份；
有利于防侧滑胎面胶单元体的原料：天然橡胶60份，丁苯橡胶20份，白炭黑15份，炭黑N339 30份，促进剂NOBS 1份，硫黄1份，防老剂4010NA 1份，硬脂酸1份，氧化锌2份，芳烃油4份，石蜡1份，增粘剂2份，硅烷偶联剂Si-69 2份，短钢丝纤维9.5份。
实施例2
非均质冬季轮胎胎面胶的制备：将制备的有利于防侧滑胎面胶单元体放入第一挤出机和第三挤出机中进行预热，有利于制动胎面胶单元体和有利于起动胎面胶单元体放入第二挤出机中进行预热，喂料顺序为有利于起动胎面胶片在先、有利于制动胎面胶片在后；预热完成后的单元体依次经过各挤出机的第一加热区、第二加热区、第三加热区进行加热，第二挤出机的预热温度为45℃，第一加热区温度为65℃，第二加热区温度为75℃，第三加热区温度为75℃，第一挤出机和第三挤出机的预热温度为40℃，第一加热区温度为 60℃，第二加热区温度为70℃，第三加热区温度为70℃；然后在挤出口进行汇合后，复合挤出成型的非均质冬季轮胎胎面胶，第一挤出机、第二挤出机和第三挤出机的挤出速度为2m/min；然后自然冷却20-25min，再利用温度为 12-14℃的水喷淋8-10min，即得到一种非均质冬季轮胎胎面胶；
其中，有利于起动胎面胶单元体的原料：天然橡胶56份，丁苯橡胶24 份，白炭黑15份，炭黑N234 40份，促进剂NOBS 1.0份，硫黄2.0份，防老剂3份，硬脂酸2份，氧化锌4份，芳烃油6份；
有利于制动胎面胶单元体的原料：天然橡胶64份，丁苯橡胶16份，白炭黑15份，炭黑N330 30份，促进剂CZ 1份，硫黄1份，防老剂1份，硬脂酸2份，氧化锌1份，芳烃油8份，硅烷偶联剂Si-69 3份，短切碳纤维3 份；
有利于防侧滑胎面胶单元体的原料：天然橡胶60份，丁苯橡胶20份，白炭黑20份，炭黑N339 35份，促进剂NOBS 1份，硫黄1份，防老剂4010NA 1份，硬脂酸1份，氧化锌2份，芳烃油4份，石蜡1份，增粘剂2份，硅烷偶联剂Si-69 2份，短钢丝纤维20.1份。
实施例3
非均质冬季轮胎胎面胶的制备：将制备的有利于防侧滑胎面胶单元体放入第一挤出机和第三挤出机中进行预热，有利于制动胎面胶单元体和有利于起动胎面胶单元体放入第二挤出机中进行预热，喂料顺序为有利于起动胎面胶片在先、有利于制动胎面胶片在后；预热完成后的单元体依次经过各挤出机的第一加热区、第二加热区、第三加热区进行加热，第二挤出机的预热温度为45℃，第一加热区温度为65℃，第二加热区温度为75℃，第三加热区温度为75℃，第一挤出机和第三挤出机的预热温度为40℃，第一加热区温度为 60℃，第二加热区温度为70℃，第三加热区温度为70℃；然后在挤出口进行汇合后，复合挤出成型的非均质冬季轮胎胎面胶，第一挤出机、第二挤出机和第三挤出机的挤出速度为2m/min；然后自然冷却20-25min，再利用温度为 12-14℃的水喷淋8-10min，即得到一种非均质冬季轮胎胎面胶；
其中，有利于起动胎面胶单元体的原料：天然橡胶84份，丁苯橡胶36 份，白炭黑18份，炭黑N234 50份，促进剂NOBS 1.3份，硫黄2.5份，防老剂4份，硬脂酸3份，氧化锌5份，芳烃油7份；
有利于制动胎面胶单元体的原料：天然橡胶96份，丁苯橡胶24份，白炭黑20份，炭黑N330 35份，促进剂CZ 3份，硫黄2份，防老剂2份，硬脂酸3份，氧化锌2份，芳烃油9份，硅烷偶联剂Si-69 4份，短切碳纤维19 份；
有利于防侧滑胎面胶单元体的原料：天然橡胶90份，丁苯橡胶30份，白炭黑25份，炭黑N339 50份，促进剂NOBS 2份，硫黄2份，防老剂4010NA 2份，硬脂酸3份，氧化锌3份，芳烃油6份，石蜡2份，增粘剂4份，硅烷偶联剂Si-69 4份，短钢丝纤维31.9份。
实施例4
非均质冬季轮胎胎面胶的制备：将制备的有利于防侧滑胎面胶单元体放入第一挤出机和第三挤出机中进行预热，有利于制动胎面胶单元体和有利于起动胎面胶单元体放入第二挤出机中进行预热，喂料顺序为有利于起动胎面胶片在先、有利于制动胎面胶片在后；预热完成后的单元体依次经过各挤出机的第一加热区、第二加热区、第三加热区进行加热，第二挤出机的预热温度为45℃，第一加热区温度为65℃，第二加热区温度为75℃，第三加热区温度为75℃，第一挤出机和第三挤出机的预热温度为40℃，第一加热区温度为60℃，第二加热区温度为70℃，第三加热区温度为70℃；然后在挤出口进行汇合后，复合挤出成型的非均质冬季轮胎胎面胶，第一挤出机、第二挤出机和第三挤出机的挤出速度为2m/min；然后自然冷却20-25min，再利用温度为 12-14℃的水喷淋8-10min，即得到一种非均质冬季轮胎胎面胶；
其中，有利于起动胎面胶单元体的原料：天然橡胶70份，丁苯橡胶30 份，白炭黑15份，炭黑N234 40份，促进剂NOBS 1.1份，硫黄1.8份，防老剂3.6份，硬脂酸2.5份，氧化锌4份，芳烃油6份；
有利于制动胎面胶单元体的原料：天然橡胶80份，丁苯橡20份，白炭黑15份，炭黑N330 30份，促进剂CZ 2份，硫黄1.6份，防老剂1.6份，硬脂酸2.4份，氧化锌1.5份，芳烃油8.75份，硅烷偶联剂Si-69 3.5份，短切碳纤维1.6份；
有利于防侧滑胎面胶单元体的原料：天然橡胶75份，丁苯橡胶25份，白炭黑20份，炭黑N339 40份，促进剂NOBS 1.8份，硫黄1.8份，防老剂4010NA 1.6份，硬脂酸1.8份，氧化锌2.5份，芳烃油4.75份，石蜡1.2份，增粘剂2.6份，硅烷偶联剂Si-69 2.8份，短钢丝纤维20.1份。
将实施例4各单元面料进行物理机械性能测定，结果见表1-3.
表1有利于起动胎面胶单元体配方体系下各项物理机械性能
测试项目 数值
拉伸强度MPa 26.2
撕裂强度kN/m 66.42
300％定伸应力MPa 13.9
扯断伸长率％ 578
扯断永久变形/％ 38
耐磨指数cmP<sup>3P</sup>/1.61km 0.38
邵尔A硬度/(P<sup>oP</sup>) 68
老化系数(80℃×24h) 0.976
表2有利于制动胎面胶单元体配方体系下各项物理机械性能
Figure BDA0002313131880000131
Figure BDA0002313131880000141
表3有利于防侧滑胎面胶单元体配方体系下各项物理机械性能
Figure BDA0002313131880000142
由表1-3数据可以看出，本发明制备的单元体在各方面的物理机械性能均优于表3中的普通胎面，为制备本发明的非均质冬季轮胎胎面胶提供了坚实的基础。
将实施例4各单元面料应用到车辆翻新轮胎上，在冰雪路面上进行抗滑性实车使用测试，并与同型号某品牌195/60R15冬季轮胎(打磨掉花纹)轮胎进行对比，测试温度为-22℃，结果见表4-6。
表4有利于起动胎面胶轮胎压实冰面和压实雪面轮胎起动性能对比
Figure BDA0002313131880000143
由表4可知，有利于起动胎面胶轮胎较同型号195/60R15冬季轮胎(打磨掉花纹)的压实冰面起动时间缩小了0.2s，压实雪面起动时间缩小了0.3s，有利于提高起动性的胎面胶轮胎能有效提高了冰雪路面车辆的起动性能。
表5有利于制动胎面胶轮胎压实冰面和压实雪面轮胎起动性能对比
轮胎类型 压实冰面制动距离/m 压实雪面制动距离/m
有利于制动胎面胶轮胎 24 16
同型号冬季轮胎 33 22
如表5所示，在同样的冰雪路面工况下，有利于制动胎面胶轮胎较普通车辆冬季轮胎的压实冰面制动距离减小了9m左右，压实雪面制动距离减小了 6m左右，其冰雪路面的抗滑制动性能有了较大的提高。
表6有利于防侧滑胎面胶轮胎压实冰面和压实雪面轮胎起动性能对比
Figure BDA0002313131880000151
如表6所示，在同样的冰雪路面工况下，有利于防侧滑胎面胶轮胎较普通车辆冬季轮胎的压实冰面制动后侧滑距离减小了0.3m左右，压实雪面制动距离减小了0.1m左右，其冰雪路面的防侧滑性能有了较大的提高。
实施例5
本技术发明应用人工神经网络中共享小生境技术遗传算法求解出多目标分布组合优化方案，最终选择了本发明将实施例4制成的非均质冬季轮胎胎面胶(方案1)以及其它3种与实施例4材料相同但拼接关系不同的方案(见图2，方案2；图3，方案3；图4，方案4)应用到车辆翻新轮胎上以及同型号某品牌195/60R15冬季轮胎(打磨掉花纹)，在冰雪路面上进行抗滑性实车使用测试，结果如表7所示，在同样的冰雪路面工况下，非均质冬季轮胎四种方案中，本技术方案(即第一种方案)起动时间、制动距离、侧滑距离等各项参数总体上均优于方案2、方案3、方案4，较单一均质同型号冬季轮胎的压实冰面起动时间缩短了0.2s、制动距离减小了9m、制动后侧滑距离减小了0.3m；压实雪面起动时间缩短了0.3s、制动距离减小了6m、制动后侧滑距离减小了0.1m。因此，本技术方案(即方案1)获得的非均质冬季轮胎较普通车辆冬季轮胎的冰雪路面综合抗滑性能有了较大的提高。
表7压实冰面和压实雪面轮胎抗滑性能对比
Figure BDA0002313131880000161
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例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，包括原材料：有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体；
其中，所述有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体沿非均质冬季轮胎胎面胶单元体长度方向依次交替分布，所述有利于防侧滑胎面胶单元体位于有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体两侧；
所述胎面胶单元体沿胎面宽度方向长度比为有利于防侧滑胎面胶单元体：有利于起动胎面胶单元体/有利于制动胎面胶单元体：有利于防侧滑胎面胶单元体＝1：3：1；所述有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体的面积比为1：2：1。
2.根据权利要求1所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，所述有利于起动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑13-18份，炭黑30-50份，促进剂0.8-1.3份，硫化剂1.5-2.5份，防老剂3-4份，硬脂酸2-3份，氧化锌3-5份，芳烃油5-7份。
3.根据权利要求1所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，所述有利于制动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑10-20份，炭黑25-35份，促进剂1-3份，硫化剂1-2份，防老剂1-2份，硬脂酸2-3份，氧化锌1-2份，芳烃油7-9份，硅烷偶联剂3-4份，短切碳纤维3-19份。
4.根据权利要求1所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，所述有利于防侧滑胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑15-25份，炭黑30-50份，促进剂1-2份，硫化剂1-2份，防老剂1-2份，硬脂酸1-3份，氧化锌2-3份，芳烃油4-6份，石蜡1-2份，增粘剂2-4份，硅烷偶联剂2-4份，短钢丝纤维9.5-31.9份。
5.一种非均质冬季轮胎胎面胶的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：将制备的有利于防侧滑胎面胶单元体放入三复合挤出机的第一挤出机和第三挤出机中进行预热，有利于制动胎面胶单元体和有利于起动胎面胶单元体放入第二挤出机中进行预热；预热完成后的单元体依次经过各挤出机的第一加热区、第二加热区、第三加热区进行加热，在挤出口进行汇合后，复合挤出成型的非均质冬季轮胎胎面胶，然后自然冷却20-25min后，再利用温度为12-14℃的水喷淋8-10min，即得到一种非均质冬季轮胎胎面胶。
6.根据权利要求5所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶的制备工艺，其特征在于，所述第二挤出机与第一挤出机、第三挤出机分别成90度排列，所述第二挤出机的喂料顺序为有利于起动胎面胶单元体在先、有利于制动胎面胶单元体在后。
7.根据权利要求5所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶的制备工艺，其特征在于，所述第二挤出机的预热温度为45℃，第一加热区温度为65℃，第二加热区温度为75℃，第三加热区温度为75℃。
8.根据权利要求5所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶的制备工艺，其特征在于，所述第一挤出机和第三挤出机的预热温度为40℃，第一加热区温度为60℃，第二加热区温度为70℃，第三加热区温度为70℃。
9.根据权利要求5所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶的制备工艺，其特征在于，所述第一挤出机、第二挤出机和第三挤出机的挤出速度为2m/min。
10.根据权利要求5所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶的制备工艺，其特征在于，所述第一挤出机、第二挤出机和第三挤出机的单元体厚度均为10mm。
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