CN111440363A - 一种矿山轮胎胎面胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种矿山轮胎胎面胶及其制备方法，所述矿山轮胎胎面胶，配方比例按重量份计如下：天然橡胶40～70份、丁苯橡胶30～60份、碳纳米管0.1～5份、炭黑35～55份、白炭黑5～20份、硅烷偶联剂0.5～5份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂1～6份、抗撕裂树脂3～12份、促进剂NS 0.5～2份、促进剂D 0.1～1份、硫磺粉0.5～2份、防焦剂CTP 0.1～0.5份。本发明提高了胎面胶的抗崩花掉块性能和耐磨性能的同时又能降低胎面胶的生热，从而延长矿山轮胎的使用寿命；制备方法工艺简单，易于实现大规模工业化生产。

Description

一种矿山轮胎胎面胶及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种矿山轮胎胎面胶及其制备方法。
背景技术
随着国内经济的快速发展，市场对金属矿山资源需求量逐年在增加，矿区开采作业面积不断扩大，而在矿区作业的工程机械车轮胎应对的道路也变得更加恶劣，因此对矿山轮胎的性能提出更高的要求。由于矿区内道路为碎石非铺装路面较多，轮胎胎面容易被割伤或刺穿出现崩花掉块的问题；同时矿山轮胎胎面胶普通生热较大容易导致胎面出现肩空的问题，这些问题导矿山轮胎使用寿命和安全性能大幅度降低。因此提高矿山轮胎胎面胶的耐切割性能和降低生热是目前亟待解决的问题。
目前国内矿山轮胎胎面中常用抗撕裂树脂和白炭黑来提升胎面胶的抗切割性能，但胎面胶的生热会增加。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供了一种矿山轮胎胎面胶及其制备方法，可以提高胎面胶的抗撕裂性能、抗崩花掉块性能和耐磨性能的同时又能降低胎面胶的生热，从而延长矿山轮胎的使用寿命。
按照本发明的技术方案，所述矿山轮胎胎面胶，配方比例按重量份计如下：天然橡胶40～70份、丁苯橡胶30～60份、碳纳米管0.1～5份、炭黑35～55份、白炭黑5～20份、硅烷偶联剂0.5～5份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂1～6份、抗撕裂树脂3～12份、促进剂NS 0.5～2份、促进剂D 0.1～1份、硫磺粉0.5～2份、防焦剂CTP 0.1～0.5份。
进一步的，所述丁苯橡胶为乳聚丁苯橡胶。
进一步的，所述炭黑为N220和N234中的至少一种。
进一步的，所述白炭黑为HD165MP和HD175MP中的至少一种。
进一步的，所述碳纳米管为气相沉淀法多壁碳纳米管，碳纳米管的管径为12～15nm、长度为5～12um、比表面积为120～150m2/g。
进一步的，所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD和B型微晶蜡中的至少一种。
进一步的，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂Si69或硅烷偶联剂Si75。
本发明的另一方面提供了一种矿山轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤，
(1)一段混炼：按重量份数计，将天然橡胶40～70份、丁苯橡胶30～60份、碳纳米管0.1～5份、炭黑10～15份投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为4.0～5.5MPa，转子转速为40～55r/min，排胶温度为155～160℃，时间为90～105s，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将步骤(1)所得一段混炼胶、炭黑25～40份、白炭黑5～20份、硅烷偶联剂0.5～5份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂1～6份、抗撕裂树脂3～12份投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为4.0～5.5MPa，转子转速为35～50r/min，排胶温度为155～160℃，时间为120～140s，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将步骤(2)所得二段混炼胶、促进剂NS 0.5～2份、促进剂D 0.1～1份、硫磺粉0.5～2份、防焦剂CTP 0.1～0.5份投入密炼机中进行混炼，转子转速为20～40r/min，上顶栓压力为4.0～5.5MPa，排胶温度为105～110℃，时间为110～120s，得到所述胎面胶。
进一步的，所述步骤(1)和步骤(2)中采用的密炼机为BB430密炼机，所述步骤(3)中采用的密炼机为GK255N密炼机。
本发明的有益效果在于：提高了胎面胶的抗崩花掉块性能和耐磨性能的同时又能降低胎面胶的生热，从而延长矿山轮胎的使用寿命；制备方法工艺简单，易于实现大规模工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
对比例1
一种矿山轮胎胎面胶的制备方法，采用以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
(1)一段混炼：将60份天然橡胶、40份丁苯橡胶、10份N234炭黑投入BB430型密炼机中进行塑炼，上顶栓压力为5.5MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为100秒，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将一段混炼胶、40份N234炭黑、10份HD165MP白炭黑、1.5份硅烷偶联剂Si69、3.5份氧化锌、2份硬脂酸、8份抗撕裂树脂、1.5份防老剂RD、2份防老剂4020和1.5份B型微晶蜡投入BB430型密炼机中进行混炼，上顶栓压力为5.5MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为135秒，得到二段混炼胶，停放时间不少于8小时；
(3)三段混炼：将二段混炼胶、1.2份硫磺、1.3份促进剂NS、0.2份促进剂D、和0.2份防焦剂CTP投入GK255N型密炼机中进行混炼，转子转速为35r/min，上顶栓压力为5.5MPa，排胶温度为105℃，时间为120秒，得到所述胎面胶。
实施例1
一种矿山轮胎胎面胶的制备方法，采用以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
(1)一段混炼：将60份天然橡胶、40份乳聚丁苯橡胶、1.5份碳纳米管(相沉淀法多壁碳纳米管，管径12～15nm、长度5～12um、比表面积120～150m2/g，下同)气、10份N234炭黑投入BB430型密炼机中进行塑炼，上顶栓压力为5.5MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为100秒，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将一段混炼胶、36份N234炭黑、10份HD165MP白炭黑、1.5份硅烷偶联剂Si69、3.5份氧化锌、2份硬脂酸、8份抗撕裂树脂、1.5份防老剂RD、2份防老剂4020和1.5份B型微晶蜡投入BB430型密炼机中进行混炼，上顶栓压力为5.5MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为135秒，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将二段混炼胶、1.2份硫磺、1.3份促进剂NS、0.2份促进剂D和0.2份防焦剂CTP投入GK255N型密炼机中进行混炼，转子转速为35r/min，上顶栓压力为5.5MPa，排胶温度为105℃，时间为120秒，得到所述胎面胶。
实施例2
一种矿山轮胎胎面胶的制备方法，采用以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
(1)一段混炼：将60份天然橡胶、40份乳聚丁苯橡胶、2.5份碳纳米管、10份N234炭黑投入BB430型密炼机中进行塑炼，上顶栓压力为5.5MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为100秒，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将一段混炼胶、36份N234炭黑、10份HD165MP白炭黑、1.5份硅烷偶联剂Si69、3.5份氧化锌、2份硬脂酸、8份抗撕裂树脂、1.5份防老剂RD、2份防老剂4020和1.5份B型微晶蜡投入BB430型密炼机中进行混炼，上顶栓压力为5.5MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为135秒，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将二段混炼胶、1.2份硫磺、1.3份促进剂NS、0.2份促进剂D、和0.2份防焦剂CTP投入GK255N型密炼机中进行混炼，转子转速为35r/min，上顶栓压力为5.5MPa，排胶温度为105℃，时间为120秒，得到所述胎面胶。
实施例3
一种矿山轮胎胎面胶的制备方法，采用以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
(1)一段混炼：将60份天然橡胶、40份乳聚丁苯橡胶、3.5份碳纳米管、10份N220炭黑投入BB430型密炼机中进行塑炼，上顶栓压力为5.5MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为100秒，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将一段混炼胶、36份N234炭黑、10份HD165MP白炭黑、1.5份硅烷偶联剂Si69、3.5份氧化锌、2份硬脂酸、8份抗撕裂树脂、1.5份防老剂RD、2份防老剂4020和1.5份B型微晶蜡投入BB430型密炼机中进行混炼，上顶栓压力为5.5MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为135秒，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将二段混炼胶、1.2份硫磺、1.3份促进剂NS、0.2份促进剂D、和0.2份防焦剂CTP投入GK255N型密炼机中进行混炼，转子转速为35r/min，上顶栓压力为5.5MPa，排胶温度为105℃，时间为120秒，得到所述胎面胶。
实施例4
一种矿山轮胎胎面胶的制备方法，采用以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
(1)一段混炼：将40份天然橡胶、60份乳聚丁苯橡胶、0.1份碳纳米管、10份N220炭黑投入BB430型密炼机中进行塑炼，上顶栓压力为4.5MPa，转子转速为55r/min，排胶温度为158℃，时间为105秒，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将一段混炼胶、25份N234炭黑、5份HD175MP白炭黑、0.5份硅烷偶联剂Si75、5份氧化锌、1份硬脂酸、3份抗撕裂树脂、1份防老剂RD投入BB430型密炼机中进行混炼，上顶栓压力为4.5MPa，转子转速为40r/min，排胶温度为158℃，时间为140秒，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将二段混炼胶、0.5份硫磺、0.5份促进剂NS、0.1份促进剂D、和0.1份防焦剂CTP投入GK255N型密炼机中进行混炼，转子转速为40r/min，上顶栓压力为4.5MPa，排胶温度为108℃，时间为115秒，得到所述胎面胶。
实施例5
一种矿山轮胎胎面胶的制备方法，采用以下工艺步骤，组份比例按重量份数计：
(1)一段混炼：将70份天然橡胶、30份乳聚丁苯橡胶、5份碳纳米管、20份N234炭黑投入BB430型密炼机中进行塑炼，上顶栓压力为4.0MPa，转子转速为40r/min，排胶温度为155℃，时间为90秒，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将一段混炼胶、35份N234炭黑、20份HD165MP白炭黑、5份硅烷偶联剂Si69、2份氧化锌、3份硬脂酸、12份抗撕裂树脂、2份防老剂RD、2份防老剂4020和2份B型微晶蜡投入BB430型密炼机中进行混炼，上顶栓压力为4.0MPa，转子转速为35r/min，排胶温度为155℃，时间为120秒，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将二段混炼胶、2份硫磺、2份促进剂NS、1份促进剂D、和0.5份防焦剂CTP投入GK255N型密炼机中进行混炼，转子转速为20r/min，上顶栓压力为4.0MPa，排胶温度为110℃，时间为110秒，得到所述胎面胶。
将对比例1和实施例1-3得到的矿山轮胎胎面胶进行硫化(硫化条件：151℃、30分钟)得到硫化胶的物性参数如表1所示。
表1实施例1-3胎面胶硫化后物性参数与对比胶料的对比
测试项目 对比胶料 实施例1 实施例2 实施例3
硬度(邵尔A型) 65 66 67 68
300％定伸应力Mpa 9.2 9.3 9.5 9.8
撕裂强度(直角形))kN/m 72 75 79 82
DIN磨耗量/(cm<sup>3</sup>·m<sup>-1</sup>) 98 91 87 84
耐切割体积比％ 7.1 6.5 6.1 5.8
压缩生热/℃ 23.8 21.6 21.3 20.8
从表1所示的物理性能测试结果可知：在矿山轮胎胎面中，随着碳纳米管用量的增加，胶料的硬度、300％定伸应力和撕裂强度也随着升高，而DIN磨耗量、耐切割体积比和压缩生热也随着降低；其中撕裂强度和耐切割体积比与胎面胶的抗崩花掉块性能有较好关联性能；可以看出随着碳纳米管用量的增加胎面胶的抗崩花掉块性能和耐磨性能，同时又能降低胎面胶的生热。

Claims (9)

1.一种矿山轮胎胎面胶，其特征在于，配方比例按重量份计如下：天然橡胶40～70份、丁苯橡胶30～60份、碳纳米管0.1～5份、炭黑 35～55份、白炭黑 5～20份、硅烷偶联剂 0.5～5份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂1～6份、抗撕裂树脂3～12份、促进剂NS 0.5～2份、促进剂D 0.1～1份、硫磺粉0.5～2份、防焦剂CTP 0.1～0.5份。
2.如权利要求1所述的矿山轮胎胎面胶，其特征在于，所述丁苯橡胶为乳聚丁苯橡胶。
3.如权利要求1所述的矿山轮胎胎面胶，其特征在于，所述炭黑为N220和N234中的至少一种。
4.如权利要求1所述的矿山轮胎胎面胶，其特征在于，所述白炭黑为HD165MP和HD175MP中的至少一种。
5.如权利要求1所述的矿山轮胎胎面胶，其特征在于，所述碳纳米管为气相沉淀法多壁碳纳米管，碳纳米管的管径为12~15nm、长度为5~12um、比表面积为120~150m2/g。
6.如权利要求1所述的矿山轮胎胎面胶，其特征在于，所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD和B型微晶蜡中的至少一种。
7.如权利要求1所述的矿山轮胎胎面胶，其特征在于，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂Si69或硅烷偶联剂Si75。
8.一种矿山轮胎胎面胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
（1）一段混炼：按重量份数计，将天然橡胶40～70份、丁苯橡胶30～60份、碳纳米管0.1～5份、炭黑 10～15份投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为4.0~5.5MPa，转子转速为40~55r/min，排胶温度为155~160℃，时间为90～105s，得到一段混炼胶；
（2）二段混炼：将步骤（1）所得一段混炼胶、炭黑 25～40份、白炭黑 5～20份、硅烷偶联剂 0.5～5份、氧化锌2～5份、硬脂酸1～3份、防老剂1～6份、抗撕裂树脂3～12份投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为4.0~5.5MPa，转子转速为35~50 r/min，排胶温度为155～160℃，时间为120～140s，得到二段混炼胶；
（3）三段混炼：将步骤（2）所得二段混炼胶、促进剂NS 0.5～2份、促进剂D 0.1～1份、硫磺粉0.5～2份、防焦剂CTP 0.1～0.5份投入密炼机中进行混炼，转子转速为20~40r/min，上顶栓压力为4.0~5.5MPa，排胶温度为105~110℃，时间为110～120s，得到所述胎面胶。
9.如权利要求8所述的矿山轮胎胎面胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）和步骤（2）中采用的密炼机为BB430密炼机，所述步骤（3）中采用的密炼机为GK255N密炼机。
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