CN111363217A - 一种气密性胶料、胶料制备方法及轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气密性胶料、胶料制备方法及轮胎，以基于100重量份气密层橡胶计算，胎面补强体系包含40～70份的通用炭黑、0～20份扁形硅酸盐补强材料和0～1.0份石墨烯；石墨烯采用氧化还原法制备单层比例大于90％并以4‰的比例均匀混合于水溶液中在生产应用时预分散到通用炭黑中，预分散混合比例为0.5‑1.0。扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2；325目细粉含量为0.03％。石墨烯通过氧化还原法制备，石墨烯单层比例大于90％，并以4‰的比例均匀混合于水溶液中。显著改进气密层不透气性的立体位阻，改善胶料弹性及屈挠性，改善胶料不透气性。

Description

一种气密性胶料、胶料制备方法及轮胎
技术领域
本发明涉及一种气密性胶料、胶料制备方法及轮胎，涉及轮胎制造技术领域。
背景技术
轮胎一般由胎冠、胎侧、带束层(一般斜交胎称缓冲层，而子午线轮胎则称带束层)、胎体、胎圈、气密层(或叫内衬层)六个主要部件组成。轮胎气密层是无内胎轮胎胎里上及其胎圈与轮辋胎圈座接触面的耐透气胶层，主要作用是防止压缩气体泄漏，保持轮胎气密性。
现有技术中，气密层配方中大多数使用的补强炭黑为6系列炭黑，属于通用炉黑，具有高定伸炉黑的高定伸应力、快压出炉黑的良好加工性能、半补强炭黑的高回弹性和细粒子炉黑的耐屈挠性能，其中屈挠性是通过屈挠龟裂(德墨西亚型)测试，胶料的不透气性通过压差法进行测试。气密层胶料中使用6系列炭黑，虽然可以满足其性能要求，但是随着6系列炭黑用量的增加，屈挠呈现变差的趋势,气密层胶料的气密性能差。
发明内容
本发明目的在于提供一种气密性胶料、胶料制备方法及轮胎，可以显著改进气密层的不透气性的立体位阻，可改善胶料弹性及屈挠性，可改善胶料的不透气性。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种气密性胶料，包括胎面补强体系，基于100重量份的气密层橡胶，所述胎面补强体系含有以下组分：
通用炭黑：40～70份；
扁形硅酸盐补强材料：0～20份；
石墨烯：0～1.0份。
作为气密性胶料的优选方案，所述通用炭黑吸碘值为36±8mg/g，DBP吸收值为90±10mL/100g，氮吸附比表面积为27～43×103m2/kg。
作为气密性胶料的优选方案，所述扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2，扁形硅酸盐补强材料325目细粉含量为0.03％。
作为气密性胶料的优选方案，所述石墨烯通过氧化还原法制备，石墨烯单层比例大于90％，并以4‰的比例均匀混合于水溶液中。
本发明实施例还提供一种气密性胶料制备方法，以基于100重量份气密层橡胶计算，胎面补强体系包含40～70份的通用炭黑、0～20份扁形硅酸盐补强材料和0～1.0份石墨烯；所述石墨烯采用氧化还原法制备单层比例大于90％并以4‰的比例均匀混合于水溶液中在生产应用时预分散到所述通用炭黑中，预分散混合比例范围为0.5-1.0。
作为气密性胶料制备方法的优选方案，所述气密层橡胶与扁形硅酸盐补强材料及石墨烯在一个或多个非生产性混炼阶段进行混炼。
作为气密性胶料制备方法的优选方案，所述通用炭黑吸碘值为36±
8mg/g，DBP吸收值为90±10mL/100g，氮吸附比表面积为27～43×103m2/kg。
作为气密性胶料制备方法的优选方案，所述扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2，扁形硅酸盐补强材料325目细粉含量为0.03％。
本发明实施例还提供一种轮胎，包括由上述的气密性胶料制成的气密层。
作为轮胎的优选方案，所述轮胎为全钢子午线轮胎。
本发明的有益效果是：扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性而成，可以显著改进气密层的不透气性的立体位阻，使用扁形硅酸盐补强材料代替N660炭黑可改善胶料弹性及屈挠性。石墨烯由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，只有一个原子层厚度的准二维材料，具有高的致密性，可改善胶料的不透气性。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附表对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
本发明实施例提供一种气密性胶料，包括胎面补强体系，基于100重量份的气密层橡胶，所述胎面补强体系含有以下组分：
通用炭黑：40～70份；
扁形硅酸盐补强材料：0～20份；
石墨烯：0～1.0份。
具体的，所述通用炭黑吸碘值为36±8mg/g，DBP吸收值为90±10mL/100g，氮吸附比表面积为27～43×103m2/kg。所述扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2，扁形硅酸盐补强材料325目细粉含量为0.03％。所述石墨烯通过氧化还原法制备，石墨烯单层比例大于90％，并以4‰的比例均匀混合于水溶液中。
实施例2
本发明实施例提供一种气密性胶料制备方法，以基于100重量份气密层橡胶计算，胎面补强体系包含40～70份的通用炭黑、0～20份扁形硅酸盐补强材料和0～1.0份石墨烯；所述石墨烯采用氧化还原法制备单层比例大于90％并以4‰的比例均匀混合于水溶液中在生产应用时预分散到所述通用炭黑中，预分散混合比例范围为0.5-1.0。
具体的，所述气密层橡胶与扁形硅酸盐补强材料及石墨烯在一个或多个非生产性混炼阶段进行混炼。所述通用炭黑吸碘值为36±8mg/g，DBP吸收值(邻苯二甲酸二丁酯吸收值，用来表征炭黑粒子聚集程度)为90±10mL/100g，氮吸附比表面积为27～43×103m2/kg。所述扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2，扁形硅酸盐补强材料325目细粉含量为0.03％。
具体的，气密性胶料的混炼可采用橡胶混炼领域技术人员已知的方法完成。例如在通常情况下，将各组分在至少两个阶段中进行混炼，即至少一个非生产性混炼阶段，随后一个生产性混炼阶段。橡胶与扁形硅酸盐补强材料及石墨烯在一个或多个非生产性混炼阶段进行混炼。
在BR Banbury密炼机中制备如表1中所规定成分的气密性胶料，制备过程采取三个非开的加料混炼阶段，即，两个非生产性混炼阶段和一个生产性混炼阶段。两个非生产性阶段分别进行约2～3min的混炼，直至橡胶温度达到160℃，即完成。生产性阶段的混炼时间是使橡胶温度达到115℃的时间。
表1
样品1 样品2 样品3 样品4 样品5
非生产性
气密层橡胶(溴化丁基胶) 100 100 100 100 100
炭黑N660 66 66 66 66 66
烷烃油Paraffin Oil 10 10 10 10 10
硬脂酸Stearic Acid 2 2 2 2 2
辛基酚醛增粘树脂7510H 4 4 4 4 4
碳氢树脂混合物H40MSF 10 10 10 10 10
促进剂MBTS(DM) 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8
轻质氧化镁MgO 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
扁形硅酸盐补强材料(TAB) 0 10 10 20 20
石墨烯(水溶液) 1.0 1.0
生产性
硫磺粉充油Sulfur 0.9 0.9 0.9 0.9 0.9
氧化锌-80ZnO-80 1.3 1.3 1.3 1.3 1.3
硫化剂RPS-710 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
不同组分的气密性胶料在表1中称之为样品1、样品2、样品3、样品4和样品5。样品1在被当做对比样，即，在橡胶组合物中未加入扁形硅酸盐补强材料(简称TAB)、未加入石墨烯。所有的样品在约151℃硫化约30min。表2给出了硫化样品1～5的表观和物理性能。
表2
151℃*30min硫化 样品1 样品2 样品3 样品4 样品5
渗透系数，cm<sup>3</sup>.cm/cm<sup>2</sup>.s.pa(E-14) 9.52 8.75 8.20 7.79 7.60
产生1级裂口次数，千周 157 496 485 609 598
表1及表2的结果表明，在气密性胶料中添加扁形硅酸盐补强材料(TAB)及石墨烯后，能够使气密层胶料的渗透系数及屈挠性能得到明显改善。其中，渗透系数是通过气密性检测仪测试的，压差为0.1MPa，报道值越小，意味着透气性越低。产生1级裂口次数通过屈挠试验机测试，报道值越高，意味着屈挠性更好，更耐裂口增长。
实施例3
本发明实施例还提供一种轮胎，轮胎为全钢子午线轮胎，基于100重量份的气密层橡胶，轮胎的胎面补强体系含有以下组分：通用炭黑：40～70份；扁形硅酸盐补强材料：0～20份；石墨烯：0～1.0份。
具体的，所述通用炭黑吸碘值为36±8mg/g，DBP吸收值(邻苯二甲酸二丁酯吸收值，用来表征炭黑粒子聚集程度)为90±10mL/100g，氮吸附比表面积为27～43×103m2/kg。所述扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2；325目细粉含量为0.03％。所述石墨烯通过氧化还原法制备，石墨烯单层比例大于90％，并以4‰的比例均匀混合于水溶液中。气密层橡胶与扁形硅酸盐补强材料及石墨烯在一个或多个非生产性混炼阶段进行混炼。所述通用炭黑吸碘值为36±8mg/g，DBP吸收值为90±10mL/100g，氮吸附比表面积为27～43×103m2/kg。所述扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2，扁形硅酸盐补强材料325目细粉含量为0.03％。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种气密性胶料，包括胎面补强体系，其特征在于，基于100重量份的气密层橡胶，所述胎面补强体系含有以下组分：
通用炭黑：40～70份；
扁形硅酸盐补强材料：0～20份；
石墨烯：0～1.0份。
2.根据权利要求1所述的一种气密性胶料，其特征在于，所述通用炭黑吸碘值为36±8mg/g，DBP吸收值为90±10mL/100g，氮吸附比表面积为27～43×103m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种气密性胶料，其特征在于，所述扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2，扁形硅酸盐补强材料325目细粉含量为0.03％。
4.根据权利要求1所述的一种气密性胶料，其特征在于，所述石墨烯通过氧化还原法制备，石墨烯单层比例大于90％，并以4‰的比例均匀混合于水溶液中。
5.一种气密性胶料制备方法，其特征在于，以基于100重量份气密层橡胶计算，胎面补强体系包含40～70份的通用炭黑、0～20份扁形硅酸盐补强材料和0～1.0份石墨烯；所述石墨烯采用氧化还原法制备单层比例大于90％并以4‰的比例均匀混合于水溶液中在生产应用时预分散到所述通用炭黑中，预分散混合比例范围为0.5-1.0。
6.根据权利要求5所述的一种气密性胶料制备方法，其特征在于，所述气密层橡胶与扁形硅酸盐补强材料及石墨烯在一个或多个非生产性混炼阶段进行混炼。
7.根据权利要求5所述的一种气密性胶料制备方法，其特征在于，所述通用炭黑吸碘值为36±8mg/g，DBP吸收值为90±10mL/100g，氮吸附比表面积为27～43×103m2/kg。
8.根据权利要求5所述的一种气密性胶料制备方法，其特征在于，所述扁形硅酸盐补强材料由天然粘土矿进行双重表面改性形成，扁形硅酸盐补强材料10％浓度时的pH值为9.2，扁形硅酸盐补强材料325目细粉含量为0.03％。
9.一种轮胎，其特征在于，包括由权利要求1至4任意一项的气密性胶料制成的气密层。
10.根据权利要求9所述的一种轮胎，其特征在于，所述轮胎为全钢子午线轮胎。
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