CN111499944A - 一种轮胎胎面胶及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种轮胎胎面胶及其应用。本发明公开了一种轮胎胎面胶，该轮胎胎面胶采用溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶以及顺丁橡胶三者并用的生胶体系，全白炭黑的高填充填料体系，以及抗湿滑树脂与普通碳氢树脂并用的高树脂体系，再与操作油、防老剂、活性剂、促进剂和硫化剂共同作用，使得轮胎胎面胶既能满足冬季冰雪地抓地性能，又具有良好的夏季干湿地抓地性能，一年四季均可使用。

Description

一种轮胎胎面胶及其应用
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，尤其涉及一种轮胎胎面胶及其应用。
背景技术
轮胎的使用具有季节性，按使用的季节和温度，通常可分为夏季胎、冬季胎和四季胎。夏季胎通常是在7℃以上的气温下使用，干湿地抓地性能好；但若是户外温度降到零下以后，其牵引力会下降，甚至会影响到正常的行驶，面对冰雪路面更是会出现打滑的情况。当气温低于7℃，需要使用冬季胎，冬季胎在低温下能够表现良好的抓地力，尤其是针对冰雪地路面；但在夏季使用时，干湿地抓地力会比常规的夏季胎要差。
四季胎也叫全季胎，是在一年四季都能适应气候和温度的变化的一种轮胎，要求即具有夏季的干湿地抓地力，在冬季低温下也要能够保持良好的性能。欧盟ECE R117里，对冬季性能，需要满足雪地制动距离的要求方可在轮胎上标识三峰雪花标识；对湿滑性能，也有具体的标签等级的区分。对四季轮胎，这两者均需满足。
四季胎的轮胎胎面，需要兼顾冬季冰雪地抓地性能及夏季干湿地抓地性能，要求比较全面。但一般情况下，这两个性能往往是相悖的，很难同时兼顾。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种轮胎胎面胶及其应用，本发明提供的轮胎胎面胶既能满足冬季冰雪地抓地性能，又具有良好的夏季干湿地抓地性能，一年四季均可使用。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种轮胎胎面胶，按重量份计，包括以下组分：
溶聚丁苯橡胶以干胶计15～40份；
乳聚丁苯橡胶以干胶计30～60份；
顺丁橡胶10～40份；
白炭黑70～130份；
硅烷偶联剂8.4～31.2份；
白炭黑加工助剂3.5～8.7份；
抗湿滑树脂5～15份；
碳氢树脂10～30份；
操作油0～30份；
防老剂2～6份；
活性剂1～5份；
促进剂1～5份；
硫化剂1～5份。
本发明提供的轮胎胎面胶中，所述溶聚丁苯橡胶15～40重量份，优选为20～30重量份，用量过高，冬季低温性能变差；用量过低，干湿地抓地性能变差。
溶聚丁苯橡胶中结合苯乙烯占聚合物总质量的25％～38％，优选为28％～35％，乙烯基占聚合物总质量的20％～30％，优选为22％～28％。
每100重量份充油溶聚丁苯橡胶包含25～37.5重量份填充油，优选充填25重量份或37.5重量份。
所述溶聚丁苯橡胶DSC检测生胶Tg<-30℃。
本发明提供的轮胎胎面胶中，所述乳聚丁苯橡胶30～60重量份，优选为40～50重量份，用量过高或过低，对冬季低温性能和干湿地抓地性能均有影响，保持一定的用量，还能改善生产加工性能。
乳聚丁苯橡胶中结合苯乙烯占聚合物总质量的23.5％，乙烯基占丁二烯总质量的18％。
每100重量份充油乳聚丁苯橡胶包含37.5重量份填充油。
所述乳聚丁苯橡胶DSC检测生胶Tg在-40--60℃。
本发明提供的轮胎胎面胶中，所述顺丁橡胶中顺式1,4结构的摩尔含量为95％以上。所述顺丁橡胶10～40重量份，优选为20～30重量份，用量过高，湿滑性能变差；用量过低，冬季低温性能变差。
本发明提供的轮胎胎面胶中，所述白炭黑70～130重量份，优选为80～120重量份，白炭黑用量过低，湿滑性能变差；用量过高，加工混炼困难。
所述白炭黑的炭吸附比表面积为150～210 103m2/kg，优选为160～200 103m2/kg，氮吸附比表面积越大，说明白炭黑的粒径越小，补强及磨耗性能越好，但粒径过小，白炭黑分散困难。
本发明提供的轮胎胎面胶中，所述白炭黑加工助剂为聚乙二醇。采用白炭黑加工助剂，可以屏蔽白炭黑表面羟基，提高白炭黑的分散。所述白炭黑加工助剂3.5～8.7重量份，通常为白炭黑用量的1/20～1/15。
本发明提供的轮胎胎面胶中，所述硅烷偶联剂为固体Si69和/或固体Si75，所述硅烷偶联剂中炭黑的含量为45wt％～55wt％，优选为50wt％。所述硅烷偶联剂8.4～31.2重量份，所述硅烷偶联剂的用量为白炭黑用量的6wt％～12wt％，优选为白炭黑用量的8wt％～10wt％。
本发明提供的轮胎胎面胶中，所述抗湿滑树脂选自α甲基-苯乙烯树脂、萜烯酚树脂或萜烯树脂。抗湿滑树脂能够提高湿滑性能。所述抗湿滑树脂5～15重量份，优选为8～12重量份，用量过低，湿滑性能变差；用量过高，冬季性能变差。
本发明中提供的轮胎胎面胶中，所述碳氢树脂选自C5树脂或C5与C9的共聚树脂。碳氢树脂能够等量替代操作油，同时可提升湿滑性能。碳氢树脂10～30重量份，优选为15～25重量份，碳氢树脂用量过低，影响湿滑性能；用量过高，加工混炼困难。
本发明中提供的轮胎胎面胶中，所述操作油选自经处理芳烃油(TDAE)、残余芳烃提取物(RAE)和中度溶剂抽提物(MES)中的一种或多种。操作油可以提高混炼胶的加工性能，改善填料在橡胶基体中的分散效果。操作油0～30重量份。
本发明中提供的轮胎胎面胶中，所述防老剂选自防护蜡、防老剂RD和防老剂4020中的一种或多种。防老剂可以改善橡胶的耐热老化和臭氧老化性能。防老剂2～6重量份，优选为3～5重量份。
本发明中提供的轮胎胎面胶中，所述活性剂为氧化锌和/或硬脂酸。氧化锌可以活化配方中的硫化体系，提高硫化胶的交联密度和耐热老化性能。硬脂酸可以提高氧化锌在橡胶中的溶解度。所述活性剂1～5重量份，优选为2～4重量份。
本发明中提供的轮胎胎面胶中，所述促进剂为促进剂DPG和/或促进剂CZ。所述促进剂1～5重量份，优选为2～4重量份。
本发明中提供的轮胎胎面胶中，所述硫化剂为硫磺粉和/或不溶性硫磺IS7020。所述硫化剂1～5重量份，优选为1.2～3重量份.
本发明提供的轮胎胎面胶的制备方法与现有制备轮胎胎面的方法相同，本申请没有特殊的限制。本发明按各组分配比，将各组分在密炼机中对胶料进行混炼，混炼方法为本领域技术人员所熟知的密炼混炼法，其中，为避免硅烷偶联剂高温分解提前释放出硫，母炼排胶温度不超过155℃。
本发明还提供了上述轮胎胎面胶在制备轮胎中的应用。
本发明提供的轮胎的制备方法为本领域常规轮胎的制备方法，本申请没有特殊限制。将上述混炼出来的胶料，压出成胎面部件，再通过成型、硫化工序，生产出轮胎。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种轮胎胎面胶，该轮胎胎面胶采用溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶以及顺丁橡胶三者并用的生胶体系，全白炭黑的高填充填料体系，以及抗湿滑树脂与普通碳氢树脂并用的高树脂体系，再与操作油、防老剂、活性剂、促进剂和硫化剂共同作用，使得轮胎胎面胶既能满足冬季冰雪地抓地性能，又具有良好的夏季干湿地抓地性能，一年四季均可使用。
本发明中，使用一定用量的中等苯乙烯含量(结合苯乙烯含量占聚合物总量的25％～38％)的溶聚丁苯橡胶，生胶Tg<-30℃，在保证干湿地抓地性能的同时，具备有一定的冬季低温性能；使用较高用量的乳聚丁苯橡胶(结合苯乙烯含量为23.5％)，该橡胶低温性能好(生胶Tg在-40--60℃)，能够保证低温性能，同时具有较好的干湿地抓地性能，混炼加工性能也较好；使用一定用量高顺式顺丁橡胶，用以保证低温性能。使用全白炭黑的高填充填料体系，用以提高湿滑性能；使用一定量的抗湿滑树脂与较高用量的普通碳氢树脂并用，其中，抗湿滑树脂能够提高湿滑性能，普通碳氢树脂(C5或C5/C9共聚树脂)能够等量替代操作油，同时可提升湿滑性能。此外，由于使用较大用量的C5或C5/C9共聚树脂，与丁苯橡胶为主的生胶体系相容性较差，由混炼胶DMA测试数据可知，温度扫描下的损耗因子曲线会形成特殊的双峰分布，生胶的损耗因子的峰值(即玻璃化转化温度)较低，在-30℃左右，能够保证冬季低温性能；树脂的峰值在30℃，能够保证良好的干湿地抓地性能。
综上，采用本发明的橡胶组合物制成的四季胎轮胎胎面，能够在满足冬季冰雪地性能的同时，具有良好的干湿地抓地性能；针对欧盟ECE R117里的要求，雪地制动系数能够达到1.1以上，同时湿滑系数能够达到1.4(B)以上。
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提供的轮胎胎面胶DMA特征曲线图。
具体实施方式
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。
本发明实施例和对比例中，所使用的溶聚丁苯橡胶苯乙烯含量为总聚合物的33wt％，乙烯基含量为总聚合物的23wt％，每100重量份溶聚丁苯橡胶包含37.5重量份填充油，Tg为-40℃；乳聚丁苯橡胶中结合苯乙烯为聚合物的23.5wt％，乙烯基为丁二烯总质量的18wt％，每100重量份乳聚丁苯橡胶包含37.5重量份填充油，Tg为-50℃；白炭黑为比表面积175 103m2/kg的高分散白炭黑；抗湿滑树脂为α甲基-苯乙烯树脂；碳氢树脂为C5树脂；其他材料均为市售常规材料。
本发明实施例和对比例中轮胎胎面胶的制备方法与现有制备轮胎胎面方法一致，按各组分配比，将各组分在密炼机中进行常规的胶料混炼，混炼分母炼、终炼混炼生产，母炼采用两段混炼，一段排胶温度155℃，混炼时间约150～250s；二段排胶温度150℃，混炼时间80～180s。终炼采用一段混炼，排胶温度105℃，混炼时间约120～200s。将混炼出来的胶料压出成胎面部件，再通过常规的成型、硫化工序，生产出205/55R16规格型号的轮胎。
实施例1
以重量份计，组分为：溶聚丁苯橡胶(含填充油)34.5份，乳聚丁苯橡胶(含填充油)61.9份，顺丁橡胶30份，白炭黑100份，硅烷偶联剂(含50wt％炭黑)16份，白炭黑加工助剂5份，抗湿滑树脂10份，碳氢树脂20份，操作油20份，防老剂5份，活性剂3份，促进剂3.5份，硫化剂1.6份。
实施例2
以重量份计，组分为：溶聚丁苯橡胶(含填充油)34.5份，乳聚丁苯橡胶(含填充油)61.9份，顺丁橡胶30份，白炭黑120份，硅烷偶联剂(含50wt％炭黑)17.6份，白炭黑加工助剂6份，抗湿滑树脂10份，碳氢树脂30份，操作油30份，防老剂5份，活性剂3份，促进剂3.5份，硫化剂1.6份。
实施例3
以重量份计，组分为：溶聚丁苯橡胶(含填充油)27.5份，乳聚丁苯橡胶(含填充油)82.5份，顺丁橡胶20份，白炭黑120份，硅烷偶联剂(含50wt％炭黑)17.6份，白炭黑加工助剂6份，抗湿滑树脂10份，碳氢树脂30份，操作油26份，防老剂5份，活性剂3份，促进剂3.5份，硫化剂1.6份。
对比例1(常规冬季胎面配方)
以重量份计，组分为：乳聚丁苯橡胶(含填充油)41.25份，天然橡胶30份，顺丁橡胶40份,炭黑35份，白炭黑25份，硅烷偶联剂(含50wt％炭黑)4份，操作油20份，防老剂5份，活性剂3份，促进剂3.5份，硫化剂1.6份。
对比例2(夏季高性能胎面配方)
以重量份计，组分为：溶聚丁苯橡胶(含填充油)96.25份，天然橡胶30份,炭黑30份，白炭黑60份，硅烷偶联剂(含50wt％炭黑)8份，抗湿滑树脂15份，操作油6份，防老剂5份，活性剂3份，促进剂3.5份，硫化剂1.6份。
实施例4
对实施例1～3和对比例1～2的制得的轮胎胎面胶的各项性能进行检测，测试结果见表1。
对实施例1制得的轮胎胎面胶进行DMA测试，测试结果如图1所示。
将实施例1～3和对比例1～2轮胎胎面胶压出成胎面部件，再通过常规的成型、硫化工序，生产出205/55R16规格型号的轮胎，对轮胎各项性能进行检测，测试结果见表1。
表1：实施例1～3和对比例1～2的制得的轮胎胎面胶的各项性能及其制得的轮胎测试结果
Figure BDA0002475938260000071
如图1所示，实施例1轮胎胎面胶在温度扫描下的损耗因子曲线会形成特殊的双峰分布，生胶的损耗因子的峰值(即玻璃化转化温度)较低，在-30℃左右，能够保证冬季低温性能；树脂的峰值在30℃，能够保证良好的干湿地抓地性能。
由表1的测试结果可知，与对比例1的常规冬季胎面配方相比，实施例1～3制得的轮胎的湿滑性能大幅度提升；与对比例2的夏季高性能胎面配方相比，实施例1～3的Tg低，雪地制动性能能够保证。因此，实施例1～3能够在满足冬季性能要求的同时达到较高的湿滑等级(>B)。
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)

1.一种轮胎胎面胶，其特征在于，按重量份计，由以下组分制得：
溶聚丁苯橡胶以干胶计15～40份；
乳聚丁苯橡胶以干胶计30～60份；
顺丁橡胶10～40份；
白炭黑70～130份；
硅烷偶联剂8.4～31.2份；
白炭黑加工助剂3.5～8.7份；
抗湿滑树脂5～15份；
碳氢树脂10～30份；
操作油0～30份；
防老剂2～6份；
活性剂1～5份；
促进剂1～5份；
硫化剂1～5份；
每100份所述溶聚丁苯橡胶包含25～37.5份填充油，所述溶聚丁苯橡胶中结合苯乙烯占聚合物总质量的25％～38％，乙烯基占聚合物总质量的20％～30％，所述溶聚丁苯橡胶的玻璃化转化温度Tg<-30℃；
每100份所述乳聚丁苯橡胶包含37.5份填充油，所述乳聚丁苯橡胶中结合苯乙烯占聚合物总质量的23.5％，乙烯基占丁二烯总质量的18％；
所述抗湿滑树脂选自α甲基-苯乙烯树脂、萜烯酚树脂或萜烯树脂；
所述碳氢树脂选自C5树脂或C5与C9的共聚树脂。
2.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶，其特征在于，所述顺丁橡胶为顺式1,4结构单元的摩尔含量为95％以上的高顺式顺丁橡胶。
3.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶，其特征在于，所述白炭黑的炭吸附比表面积为150～210 103m2/kg；
所述白炭黑加工助剂为聚乙二醇。
4.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶，其特征在于，所述操作油选自经处理芳烃油、残余芳烃提取物和中度溶剂抽提物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶，其特征在于，所述防老剂选自防护蜡、防老剂RD和防老剂4020中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶，其特征在于，所述活性剂为氧化锌和/或硬脂酸。
7.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶，其特征在于，所述硫化剂为硫磺粉和/或不溶性硫磺IS7020。
8.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶，其特征在于，所述硅烷偶联剂为固体Si69和/或固体Si75，所述硅烷偶联剂中炭黑的含量为45wt％～55wt％。
9.根据权利要求1所述的轮胎胎面胶，其特征在于，所述促进剂为促进剂DPG和/或促进剂CZ。
10.权利要求1至9任意一项所述的轮胎胎面胶在制备轮胎中的应用。
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