CN112126135A - 一种半钢子午线轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半钢子午线轮胎，包含由与路面接触的胎面胶和与所述胎面胶相邻且径向向里的基部胶构成的胎面部件，所述胎面胶的橡胶组合物包含：由二烯类橡胶构成的橡胶成分，以100质量份的橡胶成分为基准，20～30份Nanoprene B M75OH VP、及5～8份化学发泡剂OBSH；且所述胎面胶的硬度H1与300％拉伸模量M1和所述基部胶的硬度H2与300％拉伸模量M2需满足以下关系：‑7°≤H1‑H2≤‑15°，0.42≤M1/M2≤0.7。本发明对轮胎中胎面胶和基部胶的硬度和拉伸模量进行了合理匹配，使轮胎胎面部件之间的应力传递更加平坦，有利于提高轮胎的操控性能。

Description

一种半钢子午线轮胎
技术领域
本发明属于轮胎技术领域，具体涉及一种半钢子午线轮胎。
背景技术
一般来说，冬季汽车行驶在冰雪路面上容易出现轮胎打滑的现象，极易造成车辆追尾、互撞、侧翻等安全事故，所以对于冬季较为寒冷且周期较长的地区来说，要求在汽车上装配使用具有极强冰雪路面抓着力的冬季专用轮胎，同时还需要满足轮胎胎面胶料的其他特性：耐磨耗性，低滚阻性，以及轮胎的高速、耐久性和操控稳定性。
为了提高冬季轮胎在冰雪地路面上的抓着力和牵引力，传统的冬季轮胎会使用硬度较低的胎面胶料来增加轮胎与路面之间的接触面积，这种硬度较低的胎面胶料往往是通过减少填料体系用量或者增加增塑体系的用量来实现，前者容易造成胶料的耐磨性和操控性能的下降，后者容易造成胶料的门尼粘度降低，导致胶料混炼过程中粘设备而难以加工或者存放时互粘成团的缺陷。
韩国轮胎的专利CN1121470A涉及一种雪地防滑轮胎，该轮胎由于在胎面的表面部分混入了水溶性晶体盐而具有防滑性能，在冰面或积雪路面上提高了牵引力和刹车能力，在行驶中改善了排水性，这是因为其中所含的水溶性晶体盐从轮胎中脱离出来或溶解在水中，而原来晶体盐所占据的部分形成了槽，这些槽和用泡沫橡胶制的汽车轮胎中的发泡槽功能类似，但是所用粉末或晶盐从胎面中的脱离速度或者水中溶解度对冬季轮胎的实际抓着力性能提升有很大的影响。
有的轮胎在冬季轮胎的胎面橡胶组合物中加入发泡剂，形成内含微小气泡的外层胎面胶，以排除轮胎与积雪路面之间的液膜，从而增加轮胎与路面的接触面积，如米其林轮胎的专利CN103561969A中提及一种冬季轮胎，其胎面包含橡胶组合物，所述橡胶组合物在未硫化态为热可膨胀的，而在经硫化态为经膨胀的，在未硫化态，所述组合物包含：二烯弹性体，例如天然橡胶和/或丁二烯；大于50pce的增强填料，例如二氧化硅和/或炭黑；5至25pce的碳酸(氢)钠或碳酸(氢)钾；以及2至20pce的熔点为60℃至220℃的羧酸，例如柠檬酸或硬脂酸，全部碳酸(氢)盐和羧酸的含量高于10pce，优选地高于15pce，结合使用具有所述推荐的高含量的后两者化合物极大地增强了轮胎在融冰上的抓地力，但是轮胎胎面胶料中气孔的存在会造成耐磨性的下降，影响轮胎使用寿命。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半钢子午线轮胎。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现：
一种半钢子午线轮胎，包含由与路面接触的胎面胶和与所述胎面胶相邻且径向向里的基部胶构成的胎面部件，所述胎面胶的橡胶组合物包含：由二烯类橡胶构成的橡胶成分，以100质量份的橡胶成分为基准，20～30份Nanoprene B M75OH VP、及5～8份化学发泡剂OBSH；且所述胎面胶的硬度H1与300％拉伸模量M1和所述基部胶的硬度H2与300％拉伸模量M2需满足以下关系：-7°≤H1-H2≤-15°，0.42≤M1/M2≤0.7。
进一步地，以100质量份的橡胶成分为基准，所述胎面胶的橡胶组合物还包括20～28份增塑剂及80～90份填充补强剂。
进一步地，所述填充补强剂为白炭黑和炭黑的混合物。
进一步地，所述二烯类橡胶为40～50份天然橡胶和50～60份丁二烯橡胶的混合物。
进一步地，所述基部胶的橡胶组合物包含以下重量份的原材料组分：100份由天然橡胶/丁二烯橡胶/丁苯橡胶并用体系组成的二烯类橡胶、50～70份炭黑、4～20份增塑剂、2～5份不溶性硫磺，1.1～1.5份促进剂、10～20份其他助剂。
有益效果：
1、本发明对轮胎中对胎面胶和基部胶的硬度和拉伸模量进行了合理匹配，使轮胎胎面部件之间的应力传递更加平坦，有利于提高轮胎的操控性能；
2、本发明通过在胎面胶组合物中加入Nanoprene B M75OH VP，降低胶料的低温储能模量-25℃E’，体现在轮胎上为提升轮胎的冰/雪地制动性能和冰/雪地操控性能；
3、本发明通过添加合适的化学发泡剂OBSH使胎面胶中含有均匀的微小气孔，当轮胎行驶在湿滑路面，该微小气孔的存在可有效排除有效排除路面水膜，从而达到提高轮胎抗湿滑性能的效果；此外，由于冰路面上含有一层水膜，该胎面气孔的存在还可进一步提高轮胎的冰地操控和制动性能；
4、本发明通过在胎面胶中适当提升填充补强剂的含量，以平衡因胎面气孔存在所致的轮胎耐磨性下降的缺点，得到均衡的耐磨耗性能；
5、本发明在上述各项参数限定与配方比的限定下，通过合理配置，得到一种不仅具有优异的冬季冰/雪地制动性能和冰/雪地操控性能，而且可提供平衡的湿地制动性能以及耐磨耗性能的半钢子午线冬季轮胎。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明所述的一种半钢子午线轮胎，包含由与路面接触的胎面胶和与所述胎面胶相邻且径向向里的基部胶构成的胎面部件，所述胎面胶的橡胶组合物和所述基部胶的橡胶组合物是按一定配方配制而成，所述轮胎的制备过程为：先将胎面胶的橡胶组合物和所述基部胶的橡胶组合物在螺杆挤出机内以冷喂料的方式挤出胎面部件，挤出过程中温度控制在不高于100℃进行，所述胎面部件与其他轮胎部件一起在轮胎成型机上制备轮胎胚胎，最后制备出本发明所述的轮胎，其中对所述胎面胶的硬度H1与300％拉伸模量M1和所述基部胶的硬度H2与300％拉伸模量M2需满足下述关系：-7°≤H1-H2≤-15°，0.42≤M1/M2≤0.7。
上述中所述胎面胶的橡胶组合物包含：由二烯类橡胶构成的橡胶成分，以100质量份的橡胶成分为基准，20～30份Nanoprene B M75OH VP、5～8份化学发泡剂OBSH、20～28份增塑剂、80～90份填充补强剂、1.6～1.8份硫磺、1.0～3.0份硫化促进剂、0.1～0.8份防焦剂CTP、及10～14份其他助剂，所述二烯类橡胶为40～50份天然橡胶和50～60份丁二烯橡胶的混合物；所述Nanoprene B M75OH VP是一种在聚丁二烯基体上改性的具有一定预交联结构的橡胶助剂；所述填充补强剂为白炭黑和炭黑的混合物。
上述胎面胶的混炼工艺如下：(1)将二烯类橡胶、Nanoprene B M75OH VP、填充补强剂加入到密炼机中混炼1～2min，在温度上升至120～130℃加入增塑剂，继续混炼至温度达到145℃后，控制转速6-55rpm，保持温度在145～150℃内继续混炼2-4min，再提高转速至混炼温度达155℃排胶，得到1段母炼胶，冷却待用；(2)将冷却后的1段母炼胶和其他助剂一起加入密炼机中，转速40～60rpm，混炼至155℃排胶，得到2段母炼胶，冷却待用；(3)将冷却后的2段母炼胶与硫磺、硫化促进剂、化学发泡剂和防焦剂一起加入密炼机中，转速15～30rpm，混炼至温度达到100℃排胶，冷却，即可得到胎面胶的橡胶组合物。
按上述步骤和配比，将制备的胎面胶的橡胶组合物使用平板硫化机在160℃下硫化10min，得到2mm厚的物性片，测试其基本物性和动态力学性能结果列于表1中。
表1
Figure BDA0002184814790000041
Figure BDA0002184814790000051
Figure BDA0002184814790000061
其中(1)天然橡胶(来自SMR10#、SMR20#、STR20#等标准胶及其混合物)；(2)丁二烯橡胶(来自中石化巴陵石化分公司的NiBR)；(3)Nanoprene B M75OH VP(来自朗盛公司)；(4)填充补强剂为白炭黑和炭黑的混合物，其中白炭黑可选自来自赢创工业集团的ULTRASIL VN3GR和来自索尔维精细化工有限公司的Zeosil 1165MP；炭黑可选自来自CabotChemical CO.LTD.的N220、N234和NB330；(5)增塑剂(来自汉圣化工有限公司的VIVATEC700)；(6)硫磺(来自牡丹江圣博化工有限公司的普通硫磺)；(7)促进剂为选自促进剂NS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺，来自天津科迈化工股份有限公司)、促进剂CZ(N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，来自晋城天成化工有限公司)、促进剂TBzTD(二硫化四苄基秋兰姆，来自武汉径河化工有限公司)和促进剂DPG(二苯胍，来自山东尚舜化工有限公司)的混合物；(8)发泡剂OBSH(P,P’-OXYBIS BENZENE SULFONYL HYDRAZIDE，来自K&J CHEMICALCO,LTD)；(9)防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺，(来自阳谷华泰化工有限公司)。
从上述表格可知，本发明提供胎面胶的实施例1-5与对比例1-2综合比较可显示出，Nanoprene B M75OH VP作为聚丁二烯基体上改性的橡胶助剂，可有效降低胎面胶的-25℃E'和60℃Tanδ，但是Nanoprene B M75OH VP份数的增加同步降低了胎面胶的0℃Tanδ，因此胎面胶中需要加入适量的Nanoprene B M75OH VP，以保证在提升轮胎的冰/雪地制动性能和冰/雪地操控性能的同时，降低滚动阻力，并维持湿地制动性能的平衡。
本发明提供胎面胶的实施例1-5与对比例3和对比例6综合比较可显示出，胎面橡胶组合物中加入化学发泡剂OBSH，有助于降低橡胶的硬度、M300和-25℃E'，并提升0℃Tanδ，但是化学发泡剂OBSH份数的增加会导致胎面胶的耐磨耗性能下降，因此胎面胶中的化学发泡剂OBSH的份数不宜过多。
本发明提供胎面胶的实施例1-5与对比例4和对比例8综合比较可显示出，胎面橡胶组合物中增塑剂份数的增加可降低橡胶的硬度、M300和-25℃E'，并提升0℃Tanδ。
本发明提供胎面胶的实施例1-5与对比例5和对比例7综合比较可显示出，胎面橡胶组合物中填充补强剂份数的减少可降低橡胶的硬度、M300、-25℃E'和60℃Tanδ，但是0℃Tanδ也降低，并且填充补强剂份数的减少会导致胎面胶的耐磨耗性能下降。
本发明提供胎面胶的实施例1-5与对比例9-10综合比较可显示出，二烯类橡胶中天然橡胶和丁二烯橡胶的份数调整可以得到不同-25℃E'和0℃Tanδ的橡胶组合物。
根据本发明实施例1-5可见，综合调整胎面橡胶组合物中二烯类橡胶组分配比、Nanoprene B M75OH VP、填充补强剂、增塑剂和化学发泡剂OBSH的份数可以得到不同性能的胎面橡胶组合物。
上述中所述基部胶的橡胶组合物包含以下重量份的原材料组分：100份由天然橡胶/丁二烯橡胶/丁苯橡胶并用体系组成的二烯类橡胶、50～70份炭黑、4～20份增塑剂、2～5份不溶性硫磺、1.1～1.5份促进剂、10～20份其他助剂。
上述基部胶的混炼工艺如下：(1)将橡胶成分、炭黑加入到密炼机中混炼1-2min，在温度上升至120-130℃加入增塑剂，继续混炼至温度达到150℃后排胶，得到1段母炼胶，冷却待用；(2)将冷却后的1段母炼胶与硫磺和促进剂一起加入密炼机中，转速15-30rpm，混炼至温度达到100℃排胶，冷却，即可得到基部胶的橡胶组合物。
按上述步骤和配比，将制备的基部胶的橡胶组合物使用平板硫化机在160℃下硫化10min，得到2mm厚的物性片，测试其基本物性和动态力学性能结果列于表2中。
表2
基部橡胶 对比例1 对比例2 实施例1 实施例2
天然橡胶 ﹣ 70 50 40
丁二烯橡胶 ﹣ 30 20 40
丁苯橡胶 100 ﹣ 30 20
炭黑 80 45 50 60
增塑剂 14 3.5 5 10
不溶性硫磺 2.1 3.2 3 3
促进剂 1.2 1.1 1.5 1.5
其他助剂 11 11 11 11
硬度Shore A 73 59 69 68
M300/MPa 13.4 13.0 17.1 16.5
60℃Tanδ 0.190 0.040 0.100 0.105
从表2可知，本发明的基部胶采用了天然橡胶/丁二烯橡胶/丁苯橡胶并用体系，并合理配置炭黑、增塑剂、硫磺和促进剂的份数，由此得到具有高硬度、高M300、低生热的基部胶组合物。
本发明所制备的轮胎按照本领域技术人员公知的试验方法测试冬季冰/雪地性能、轮胎的湿地制动性能以及耐磨耗性能，并以制备的A轮胎的测试结果为基准100，其他轮胎的测试结果数值越大表示性能越好，结果列于表3中。
表3
Figure BDA0002184814790000091
Figure BDA0002184814790000101
由表3的轮胎E-L与轮胎A-D可知，本发明制备的轮胎，首先需满足轮胎的硬度(胎面胶)-硬度(基部胶)的差级处于-7°～-15°、且轮胎的M300(胎面胶)/M300(基部胶)的比值处于0.42～0.7之间，此时制备的轮胎E-L在轮胎冰/雪地操控性能优于轮胎A-D；同时在采用了本发明胎面胶的配方后，本发明制备的轮胎E-L相比于A-D在冰/雪地制动性能、湿地制动和耐磨耗性能上同样有显著的改变和提升。即通过对胎面胶和基部胶的合理配置，改善本发明轮胎的操控性能，同时通过胎面胶的配方保证本发明轮胎的制动性能和耐磨耗性能。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种半钢子午线轮胎,包含由与路面接触的胎面胶和与所述胎面胶相邻且径向向里的基部胶构成的胎面部件，其特征在于，
所述胎面胶的橡胶组合物包含：由二烯类橡胶构成的橡胶成分，以100质量份的橡胶成分为基准，20～30份Nanoprene B M75OH VP、及5～8份化学发泡剂OBSH；且所述胎面胶的硬度H1与300％拉伸模量M1和所述基部胶的硬度H2与300％拉伸模量M2需满足以下关系：-7°≤H1-H2≤-15°，0.42≤M1/M2≤0.7。
2.根据权利要求1所述的一种半钢子午线轮胎，其特征在于，以100质量份的橡胶成分为基准，所述胎面胶的橡胶组合物还包括20～28份增塑剂及80～90份填充补强剂。
3.根据权利要求2所述的一种半钢子午线轮胎，其特征在于，所述填充补强剂为白炭黑和炭黑的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种半钢子午线轮胎，其特征在于，所述二烯类橡胶为40～50份天然橡胶和50～60份丁二烯橡胶的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种半钢子午线轮胎，其特征在于，所述基部胶的橡胶组合物包含以下重量份的原材料组分：100份由天然橡胶/丁二烯橡胶/丁苯橡胶并用体系组成的二烯类橡胶、50～70份炭黑、4～20份增塑剂、2～5份不溶性硫磺、1.1～1.5份促进剂、10～20份其他助剂。
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