CN112048105A - 一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶及其制备方法。本发明的高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，按重量份数计，包括以下组分：天然橡胶60~90份、杜仲橡胶5~20份、丁苯橡胶5～20份、炭黑52~82份、碳纳米管2～5份、白炭黑2～15份、氧化锌3~7份、硬脂酸1~3份、增粘树脂3~7份、间苯二酚甲醛树脂1~2份、粘合剂RA65 1～3份、钴盐1～3份、防老剂0.5～2份、橡胶填充油5～12份、促进剂CZ 0.5~2份、不溶性硫磺3~7份和防焦剂CTP 0.1~0.5份。本发明制备的钢丝圈包胶可以提高和改善钢丝圈包胶的刚性、抗撕裂性能、耐疲劳性能和加工工艺塑性，又能降低钢丝圈包胶的生热，从而进一步提升轮胎的使用安全性。

Description

一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶及其制备方法
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶及其制备方法。
背景技术
全钢载重子午线轮胎在苛刻条件下使用时会出现钢丝圈底部的胎体钢丝被磨损切断或钢丝脱层抽丝的问题，该问题很容易引起轮胎爆胎，产生安全问题。经过对上述问题轮胎的剖析研究，发现该问题的产生与轮胎中钢丝圈包胶性能和厚度有较大的关系。钢丝圈位置在轮胎苛刻使用条件下会产生高剪切应力，包胶性能不足或厚度不够，容易被高剪切应力损坏而不能起到保护胎体钢丝的作用。
发明内容
本发明的目的是在于克服、补充现有技术中存在的不足，提供了一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶及其制备方法。本发明的钢丝圈包胶具有高模量、抗撕裂性能、良好的耐疲劳性能和低生热，可以有效降低钢丝圈底部的胎体钢丝在高承载和高剪切应力作用下被钢丝圈磨损断裂的损坏；同时钢丝圈包胶与胎体钢丝也具有较好的粘合力，可以防止在轮胎生产过程中胎体钢丝受挤压进入钢丝圈包胶出现粘合力不足而出现损坏；通过上述改进可以进一步提升轮胎的使用寿命。
为解决现有技术的不足，本发明采用以下技术方案：一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，按重量份数计，包括以下组分：天然橡胶60～90份、杜仲橡胶5～20份、丁苯橡胶5～20份、炭黑52～82份、碳纳米管2～5份、白炭黑2～15份、氧化锌3～7份、硬脂酸1～3份、增粘树脂3～7份、间苯二酚甲醛树脂1～2份、粘合剂RA65 1～3份、钴盐1～3份、防老剂0.5～2份、橡胶填充油5～12份、促进剂CZ 0.5～2份、不溶性硫磺3～7份和防焦剂CTP 0.1～0.5份。
进一步地，所述杜仲橡胶为天然杜仲橡胶或合成杜仲橡胶；所述丁苯橡胶为乳聚丁苯橡胶。
进一步地，所述炭黑为N550和N660的一种或两种的混合；所述白炭黑为HD165MP或HD175MP中的至少一种。
进一步地，所述碳纳米管为多壁团聚型碳纳米管，管径为10-15nm，长度为3-10μm，比表面积为250-290m2/g。
进一步地，所述钴盐为硼酰化钴或新葵酸钴；所述橡胶填充油为芳烃油、环保芳烃油或环烷油。
进一步地，所述增粘树脂为C5增粘树脂、203增粘树脂和204增粘树脂中的一种或两种。
进一步地，所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD和防老剂3100中的两种或三种。
进一步地，所述不溶性硫磺为不溶性硫磺OT-20或不溶性硫磺IS6033。
所述高模量、抗撕裂钢丝圈包胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：将天然橡胶60～90份、杜仲橡胶5～20份、丁苯橡胶5～20份、炭黑45～72份、碳纳米管2～5份、白炭黑2～15份、氧化锌3～7份、硬脂酸1～3份、增粘树脂3～7份、间苯二酚甲醛树脂1～2份和橡胶填充油5～12份投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为6～18MPa，转子转速为45～55r/min，排胶温度为155～165℃，时间为135～160s，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10～35份、防老剂2～5份和钴盐1～3份投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为6～18MPa，转子转速为40～50r/min，排胶温度为140～150℃，时间为110～125s，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将步骤(2)所得二段混炼胶、粘合剂RA65 1～3份、促进剂CZ 0.5～2份、不溶性硫磺3～7份和防焦剂CTP 0.1～0.5份投入密炼机中进行混炼，密炼机的上顶栓压力控制在16～18MPa，转子转速控制在20～30r/min，排胶温度控制在95～105℃，三段混炼时间控制在100～130秒，三段混炼结束得到所述钢丝圈包胶。
进一步地，步骤(1)和(2)中采用的密炼机为BB430密炼机，步骤(3)中采用的密炼机为BB305密炼机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的钢丝圈包胶可以让未硫化的钢丝圈包胶具有较小的塑性，防止轮胎制造过程中钢丝圈与胎体钢丝间的包胶出现厚薄不均的情况。本发明的钢丝圈包胶的胶料配方中通过增加碳纳米管和杜仲橡胶，使得包胶的刚性、抗撕裂性能、耐疲劳性能和抗剪切破坏能力均得到了提升；同时可以防止轮胎制造过程中出现部分胎体钢丝被挤压到包胶中，因包胶与胎体钢丝粘合力不足而被胎体钢丝破坏。
杜仲橡胶常温结晶的特性使得包胶使用过程中塑性变形较小，有效防止轮胎制造过程中钢丝圈与胎体钢丝间的包胶被挤压出现厚薄不均的情况；两种材料并用具有一定的协同增强效应，可以进一步提升钢丝圈包胶的刚性并降低生热。本发明为碳纳米管和杜仲橡胶在轮胎中的应用，探索出一条新应用方向。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，按重量份数计，包括如下组分：72份天然橡胶、15份合成杜仲橡胶、13份乳聚丁苯橡胶、75份N550炭黑、2份碳纳米管、5份白炭黑HD175MP、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、5份C5增粘树脂、1.5份间苯二酚甲醛树脂、2份粘合剂RA65、2份硼酰化钴、0.5份防老剂RD、0.2份防老剂4020、10份芳烃油、1份促进剂CZ、5份不溶性硫磺OT-20和0.3份防焦剂CTP。所述碳纳米管为气相沉淀法制备的多壁团聚型碳纳米管，管径为12nm，长度为9μm，比表面积为280m2/g。
一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：将72份天然橡胶、15份合成杜仲橡胶、13份乳聚丁苯橡胶、70份N550炭黑、2份碳纳米管、5份白炭黑HD175MP、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、5份C5增粘树脂和10份芳烃油投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为18MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为150s，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将步骤(1)所得一段混炼胶、5份N550炭黑、1.5份间苯二酚甲醛树脂、2份硼酰化钴、0.5份防老剂RD和0.2份防老剂4020投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为18MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为150℃，时间为115s，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将步骤(2)所得二段混炼胶、2份粘合剂RA65、1份促进剂CZ、5份不溶性硫磺OT-20和0.3份防焦剂CTP投入密炼机中进行混炼，转子转速为25r/min，上顶栓压力为16MPa，排胶温度为105℃，时间为120s，得到所述高模量、抗撕裂钢丝圈包胶。
实施例2
一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，按重量份数计，包括如下组分：87份天然橡胶、13份乳聚丁苯橡胶、75份N550炭黑、2份碳纳米管、5份白炭黑HD175MP、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、5份C5增粘树脂、1.5份间苯二酚甲醛树脂、2份粘合剂RA65、2份硼酰化钴、0.5份防老剂RD、0.2份防老剂4020、10份芳烃油、1份促进剂CZ、5份不溶性硫磺OT-20和0.3份防焦剂CTP。所述碳纳米管为气相沉淀法制备的多壁团聚型碳纳米管，管径为12nm，长度为9μm，比表面积为280m2/g。
一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：将87份天然橡胶、13份乳聚丁苯橡胶、70份N550炭黑、2份碳纳米管、5份白炭黑HD175MP、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、5份C5增粘树脂和10份芳烃油投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为18MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为150s，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将步骤(1)所得一段混炼胶、5份N550炭黑、1.5份间苯二酚甲醛树脂、2份硼酰化钴、0.5份防老剂RD和0.2份防老剂4020投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为18MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为150℃，时间为115s，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将步骤(2)所得二段混炼胶、2份粘合剂RA65、1份促进剂CZ、5份不溶性硫磺OT-20和0.3份防焦剂CTP投入密炼机中进行混炼，转子转速为25r/min，上顶栓压力为16MPa，排胶温度为105℃，时间为120s，得到所述高模量、抗撕裂钢丝圈包胶。
实施例3
一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，按重量份数计，包括如下组分：72份天然橡胶、15份合成杜仲橡胶、13份乳聚丁苯橡胶、75份N550炭黑、2份碳纳米管、5份白炭黑HD175MP、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、5份C5增粘树脂、1.5份间苯二酚甲醛树脂、2份粘合剂RA65、2份硼酰化钴、0.5份防老剂RD、0.2份防老剂4020、10份芳烃油、1份促进剂CZ、5份不溶性硫磺OT-20和0.3份防焦剂CTP。所述碳纳米管为气相沉淀法制备的多壁团聚型碳纳米管，管径为12nm，长度为9μm，比表面积为280m2/g。
一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：将72份天然橡胶、15份合成杜仲橡胶、13份乳聚丁苯橡胶、70份N550炭黑、2份碳纳米管、5份白炭黑HD175MP、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、5份C5增粘树脂和10份芳烃油投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为18MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为150s，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将步骤(1)所得一段混炼胶、5份N550炭黑、1.5份间苯二酚甲醛树脂、2份硼酰化钴、0.5份防老剂RD和0.2份防老剂4020投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为18MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为150℃，时间为115s，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将步骤(2)所得二段混炼胶、2份粘合剂RA65、1份促进剂CZ、5份不溶性硫磺OT-20和0.3份防焦剂CTP投入密炼机中进行混炼，转子转速为25r/min，上顶栓压力为16MPa，排胶温度为105℃，时间为120s，得到所述高模量、抗撕裂钢丝圈包胶。
对比例1
一种钢丝圈包胶，按重量份数计，包括如下组分：87份天然橡胶、13份乳聚丁苯橡胶、75份N550炭黑、5份白炭黑HD175MP、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、5份C5增粘树脂、1.5份间苯二酚甲醛树脂、2份粘合剂RA65、2份硼酰化钴、0.5份防老剂RD、0.2份防老剂4020、10份芳烃油、1份促进剂CZ、5份不溶性硫磺OT-20和0.3份防焦剂CTP。
一种钢丝圈包胶的制备方法，包括以下步骤：
(1)一段混炼：将87份天然橡胶、13份乳聚丁苯橡胶、70份N550炭黑、2份碳纳米管、5份白炭黑HD175MP、6份氧化锌、1.5份硬脂酸、5份C5增粘树脂和10份芳烃油投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为18MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为160℃，时间为150s，得到一段混炼胶；
(2)二段混炼：将步骤(1)所得一段混炼胶、5份N550炭黑、1.5份间苯二酚甲醛树脂、2份硼酰化钴、0.5份防老剂RD和0.2份防老剂4020投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为18MPa，转子转速为50r/min，排胶温度为150℃，时间为115s，得到二段混炼胶；
(3)三段混炼：将步骤(2)所得二段混炼胶、2份粘合剂RA65、1份促进剂CZ、5份不溶性硫磺OT-20和0.3份防焦剂CTP投入密炼机中进行混炼，转子转速为25r/min，上顶栓压力为16MPa，排胶温度为105℃，时间为120s，得到所述钢丝圈包胶。
实施例1～3和对比例1中，步骤(1)和(2)采用的密炼机为BB430密炼机，步骤(3)采用的密炼机为BB305密炼机。
对本发明实施例1～3和对比例1得到的钢丝圈包胶进行硫化，硫化条件：151℃、30分钟，得到硫化胶的物性测试参数如表1所示。
表1高模量、抗撕裂钢丝圈包胶硫化后物性参数
Figure BDA0002677104680000051
从表1所示的物理性能测试结果可知：实施例1-3制备的胶料的硬度、100％定伸应力、撕裂强度和曲挠龟裂性能相较于对比例1有较大程度的提升，而胶料的生热(滞后损失)也相应降低，包胶的刚性、抗撕裂性能和耐疲劳性能都得到了提升，进一步地，包胶的抗剪切破坏能力也得到了提升；胶料的流动值增加使得包胶使用过程中塑性变形较小，能够有效防止轮胎制造过程中钢丝圈与胎体钢丝间的包胶被挤压，出现厚薄不均的情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1. 一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：天然橡胶60~90份、杜仲橡胶5~20份、丁苯橡胶5～20份、炭黑52~82份、碳纳米管2～5份、白炭黑2～15份、氧化锌3~7份、硬脂酸1~3份、增粘树脂3~7份、间苯二酚甲醛树脂1~2份、粘合剂RA651～3份、钴盐1～3份、防老剂0.5～2份、橡胶填充油5～12份、促进剂CZ 0.5~2份、不溶性硫磺3~7份和防焦剂CTP 0.1~0.5份。
2.根据权利要求1所述的高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，其特征在于，所述杜仲橡胶为天然杜仲橡胶或合成杜仲橡胶；所述丁苯橡胶为乳聚丁苯橡胶。
3.根据权利要求1所述的高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，其特征在于，所述炭黑为N550和N660的一种或两种的混合；所述白炭黑为HD165MP或HD175MP中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，其特征在于，所述碳纳米管为多壁团聚型碳纳米管，管径为10-15nm，长度为3-10μm，比表面积为250-290m2/g。
5.根据权利要求1所述的高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，其特征在于，所述钴盐为硼酰化钴或新葵酸钴；所述橡胶填充油为芳烃油、环保芳烃油或环烷油。
6.根据权利要求1所述的高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，其特征在于，所述增粘树脂为C5增粘树脂、203增粘树脂和204增粘树脂中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，其特征在于，所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD和防老剂3100中的两种或三种。
8.根据权利要求1所述的高模量、抗撕裂钢丝圈包胶，其特征在于，所述不溶性硫磺为不溶性硫磺OT-20或不溶性硫磺IS6033。
9.一种高模量、抗撕裂钢丝圈包胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）一段混炼：将天然橡胶60~90份、杜仲橡胶5~20份、丁苯橡胶5～20份、炭黑45~72份、碳纳米管2～5份、白炭黑2～15份、氧化锌3~7份，硬脂酸1~3份、增粘树脂3~7份、间苯二酚甲醛树脂1~2份和橡胶填充油5～12份投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为6~18MPa，转子转速为45~55r/min，排胶温度为155~165℃，时间为135～160s，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 10～35份、防老剂2～5份和钴盐1～3份投入密炼机中进行混炼，上顶栓压力为6~18MPa，转子转速为40~50 r/min，排胶温度为140～150℃，时间为110～125s，得到二段混炼胶；
（3）三段混炼：将步骤（2）所得二段混炼胶、粘合剂RA65 1～3份、促进剂CZ 0.5~2份、不溶性硫磺3~7份和防焦剂CTP 0.1~0.5份投入密炼机中进行混炼，密炼机的上顶栓压力控制在16~18MPa，转子转速控制在20~30r/min，排胶温度控制在95~105℃，三段混炼时间控制在100~130秒，三段混炼结束得到所述钢丝圈包胶。
10.根据权利要求9所述高模量、抗撕裂钢丝圈包胶的制备方法，其特征在于，步骤（1）和（2）中采用的密炼机为BB430密炼机，步骤（3）中采用的密炼机为BB305密炼机。
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