CN112898652A - 一种用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物及轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物及轮胎，该橡胶组合物包括以下组分：100PHR的橡胶组分；80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅；5～15PHR的补强碳黑；所述低滚阻橡胶组合物包括老防组分、活性剂、加硫剂和促进剂；所述橡胶组分包括0～20PHR的天然橡胶和80～100PHR的丁苯橡胶；所述促进剂包括胍类促进剂和烷基化含硫有机锌盐类促进剂，所述胍类促进剂与烷基化含硫有机锌盐类促进剂的质量比在1.0～1.2之间。本发明主要通过烷基化含硫有机锌盐类促进剂与胍类促进剂按一定比例并用，维持湿地抓地力，并有效降低滚动阻力及提升刚性，缩短气泡点时间，提升加硫效率。

Description

一种用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物及轮胎
技术领域
本发明涉及橡胶制品技术领域，具体地，涉及一种用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物及轮胎。
背景技术
汽车在行驶过程中会有各种行驶阻力，其中80％为空气阻力，其余20％为滚动阻力。欧盟委员会的数据显示：汽车轮胎滚动阻力所需能耗占到整车油耗的20％左右。据测定，轮胎滚动阻力每降低7％，便使汽车燃油消耗降低1％；如果使用滚动阻力小的轮胎，则在行驶中脚踩汽车油门的程度也随之降低，也就意味着降低油耗。因此，通过降低轮胎滚动阻力不仅可以达到省油的目的，而且对环境保护也起到了良好的促进作用。
轮胎外胎按照不同部位，由胎面、胎肩、帘布层和胎圈等几部分组成。其中，胎面是轮胎与路面接触的部分，胎面胶即轮胎最外面的一层胶料。帘布层由几层挂胶帘布贴合而成，各层边缘都弯包于胎圈钢丝上。轮胎滚动阻力的高低受到材料特性、轮胎结构、轮胎生产制造工艺和使用条件等诸多因素影响，其中某些因素又相互影响。单纯的降低轮胎滚动阻力在行业内并不是很难，但是通常要牺牲轮胎的某些性能，特别是抗湿滑性能，而从安全角度出发，轮胎应该保持较高的抗湿滑性能。
选择材料和轮胎结构设计是降低轮胎滚动阻力的重要途径，例如，现有技术通常使用高分散白炭黑或通过降低填料量(白炭黑量)提升胶含率，以使滚动阻力降低。其中，胶料硫化速率会随高分散白炭黑使用增加而变慢，加硫效率(即产量)会降低。白炭黑较生胶成本低，降低填料量(白炭黑量)虽然有助于改善滚动阻力，但成本会恶化。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物及轮胎，本发明提供的橡胶组合物用作轮胎胎面胶，可维持湿地抓地力，并有效降低滚动阻力及提升刚性，缩短气泡点时间，提升加硫效率。
本发明提供一种用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物，包括以下组分：
100PHR的橡胶组分；
80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅；
5～15PHR的补强碳黑；
所述低滚阻橡胶组合物包括老防组分、活性剂、加硫剂和促进剂；
所述橡胶组分包括0～20PHR的天然橡胶和80～100PHR的丁苯橡胶；所述促进剂包括胍类促进剂和烷基化含硫有机锌盐类促进剂，所述胍类促进剂与烷基化含硫有机锌盐类促进剂的质量比在1.0～1.2之间。
优选地，所述橡胶用沉淀法二氧化硅的BET比表面积为135～175m2/g；所述补强碳黑的DBP吸油值为115.0-135.0mL/100g。
优选地，所述老防组分选自物理防护蜡、防老剂6PPD和防老剂RD中的一种或多种。
优选地，所述活性剂由氧化锌和硬脂酸组成，两者质量比为1:1。
优选地，所述加硫剂为硫磺；所述促进剂由胍类促进剂、烷基化含硫有机锌盐类促进剂和噻唑类促进剂组成。
优选地，所述低滚阻橡胶组合物还包括硅烷偶联剂、加工助剂和萜烯树脂中的一种或多种。
优选地，所述低滚阻橡胶组合物具体包括：
5～20PHR的天然橡胶；80～95PHR的丁苯橡胶；80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅；5～15PHR的补强碳黑；5～15PHR的硅烷偶联剂；10～25PHR的加工油；2～5PHR的萜烯树脂；5～8PHR的老防组分；2～5PHR的活性剂；1～1.5PHR的加硫剂；2.2～3.8PHR的促进剂。
本发明提供一种轮胎，其以前文所述的低滚阻橡胶组合物的硫化胶为胎面胶。
与现有技术相比，基于100PHR的橡胶组分，本发明提供的橡胶组合物配方中主要包含：0～20PHR的天然橡胶和80～100PHR的丁苯橡胶，以及包含橡胶补强填料等组分；相对于100质量份橡胶组分，该橡胶组合物中包括80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅和5～15PHR的补强碳黑。在本发明配方中，采用质量比在1.0～1.2之间的胍类促进剂和烷基化含硫有机锌盐类促进剂，以及添加老防组分、活性剂和加硫剂等。本发明主要通过烷基化含硫有机锌盐类促进剂与胍类促进剂按一定比例并用，维持湿地抓地力，并有效降低滚动阻力及提升刚性，缩短气泡点时间，提升加硫效率，具有较高的经济效益，利于规模化推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例试样形状示意图；
图2为本发明对比例1组合物400秒气泡位置；
图3为本发明实施例1组合物320秒气泡位置。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物，包括以下组分：
100PHR的橡胶组分；
80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅；
5～15PHR的补强碳黑；
所述低滚阻橡胶组合物包括老防组分、活性剂、加硫剂和促进剂；
所述橡胶组分包括0～20PHR的天然橡胶和80～100PHR的丁苯橡胶；所述促进剂包括胍类促进剂和烷基化含硫有机锌盐类促进剂，所述胍类促进剂与烷基化含硫有机锌盐类促进剂的质量比在1.0～1.2之间。
针对现有技术问题，本发明提供一种用作轮胎胎面胶的橡胶组合物，其为低滚动阻力轮胎胎面胶料，可维持湿地抓地力，并有效降低滚动阻力及提升刚性，缩短气泡点时间，提升加硫效率，效益较好。
本发明主要从轮胎胎面胶配方设计上进行突破；所提供的低滚阻橡胶组合物配方以100PHR的橡胶组分为基准，所述橡胶组分为：0～20PHR的天然橡胶，80～100PHR的丁苯橡胶。作为优选，所述的橡胶组合物包含5～20PHR的天然橡胶和80～95PHR的丁苯橡胶。
其中，天然橡胶(NR)是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，是应用最广的通用橡胶；本发明对天然橡胶没有特别限制，采用一般市售产品即可。丁苯橡胶(SBR)又称苯乙烯丁二烯共聚物，是由苯乙烯(ST)、丁二烯(BD)单体制备的通用合成橡胶，含有苯环结构和丁二烯链段，其物理机械性能、加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶。在本发明实施例中，所述丁苯橡胶中St％质量含量可为39.0％，Vinl％质量含量为47.0％。
相对于100质量份橡胶组分，本发明包含的橡胶补强填料为：80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅，5～15PHR的补强碳黑(可为8、10、15PHR)。所述的橡胶用沉淀法二氧化硅即沉淀二氧化硅，是本领域常用的白炭黑；其BET比表面积一般为135～175m2/g，pH值为5.7～7.3。所述补强碳黑简称碳黑或炭黑，是塔底油于反应炉内燃烧而成；碳黑的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸油值可为115.0-135.0mL/100g，碘吸收数：114～124.0mgI2/g。
在本发明的实施例中，所述的沉淀二氧化硅的用量可为90-180PHR，例如100PHR、150PHR等。PHR：每百份橡胶中添加的份数。本发明实施例采用一定量的白炭黑(＞80PHR，＜200PHR)，当白炭黑＞200PHR时，气泡点时间容易增加，滚动阻力会变差；当白炭黑＜80PHR时，湿地抓地力难以维持。
并且，本发明所述的低滚阻橡胶组合物包括老防组分、活性剂、加硫剂和促进剂等材料。其中，所述促进剂包括胍类促进剂和烷基化含硫有机锌盐类促进剂，优选由胍类促进剂、烷基化含硫有机锌盐类促进剂和噻唑类促进剂组成，采用相应的市售产品即可。在本发明的实施例中，所述橡胶组合物包括：促进剂2.2～3.8PHR。
具体地，所述噻唑类促进剂可为N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CBS)，胍类促进剂优选为促进剂D(二苯胍，促进剂DPG)，烷基化含硫有机锌盐类促进剂优选为促进剂TPZ(购自麒祥化工公司)。在本发明中，1.0≤胍类促进剂的质量比烷基化含硫有机锌盐类促进剂的质量≤1.2，当比例在此范围内时，可维持湿地抓地力，降低滚动阻力及提升刚性，同时缩短气泡点时间。气泡点：轮胎中不再出现气孔所需的最短硫化时间。
本发明实施例所述低滚阻橡胶组合物可包括5～8PHR的老防组分；在本发明的优选实施例中，所述老防组分选自物理防护蜡、防老剂6PPD和防老剂RD中的一种或多种，更优选多种复配。其中，所述物理防护蜡主要由石蜡、微晶石蜡等加工而成，采用市售产品。防老剂6PPD是N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺，用量例如1重量份；防老剂RD又称抗氧剂RD、防老剂224，中文别名:2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体(TMQ)。
本发明实施例所述低滚阻橡胶组合物可包括2～5PHR的活性剂；在本发明的优选实施例中，所述活性剂由氧化锌和硬脂酸组成，两者质量比优选为1:1。本发明采用不同促进剂复配后还结合特定活性剂(氧化锌：硬脂酸＝1：1)等，进一步提高综合性能。
在本发明的具体实施例中，所述加硫剂一般为硫磺，例如为5％充油硫磺；本发明可采用1～1.5PHR的加硫剂。此外，所述低滚阻橡胶组合物还包括硅烷偶联剂、加工助剂和萜烯树脂中的一种或多种，优选采用多种添加剂以提升加工性能等方面。其中，所述硅烷偶联剂包括但不限于Si-69，可添加5～15PHR。所述加工助剂分为烃类、脂肪酸皂类等；具体可采用10～25PHR的加工油、1～5PHR的皂类加工助剂。作为优选，本发明实施例中的加工油为芳烃油；芳烃油也称芳香烃或芳烃，是指分子中含有苯环结构的碳氢化合物。所述的萜烯树脂主要起到增粘作用，可添加2～5PHR。
作为优选，所述低滚阻橡胶组合物具体包括：80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅；5～15PHR的补强碳黑；5～15PHR的硅烷偶联剂；10～25PHR的加工油；2～5PHR的萜烯树脂；5～8PHR的老防组分；2～5PHR的活性剂；1～1.5PHR的加硫剂；2.2～3.8PHR的促进剂。
本发明实施例以上组合物采用分步混炼的方式，其中，促进剂和加硫剂在最后阶段加入，其余组分皆在初步混炼和再混炼的阶段加入。本发明具体实施例使用KOBE生产的混炼机进行混炼，初步混炼阶段：将生胶和补强填料，以及偶联剂、加工油、萜烯树脂和加工助剂依比例加入，恒温温度优选140～160℃，恒温时间优选90～180秒；再混炼阶段：将防老剂、活性剂等依比例加入，混炼温度优选140-160℃；最后混炼阶段：加入促进剂和加硫剂，混炼温度优选90-110℃。
本发明提供了一种轮胎，其以前文所述的低滚阻橡胶组合物的硫化胶为胎面胶。其中，本发明对轮胎类型、规格等没有特别限定。本发明主要通过烷基化含硫有机锌盐类促进剂与胍类促进剂按一定比例并用，维持轮胎湿地抓地力，并有效降低滚动阻力及提升刚性，缩短气泡点时间，提升加硫效率，具有较高的经济效益。
为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物及轮胎进行具体地描述。但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市场购得的常规产品。其中，使用KOBE生产的混炼机进行混炼。
实施例1
初步混炼阶段：按照表1配方，将生胶和补强填料，以及偶联剂、加工油、萜烯树脂和加工助剂依比例加入，恒温温度140～160℃，恒温时间90～180秒。再混炼阶段：将防老剂、活性剂等依比例加入，混炼温度140-160℃。最后混炼阶段：加入促进剂和加硫剂，混炼温度90-110℃。
表1本发明实施例的配方表
Figure BDA0002917042710000061
Figure BDA0002917042710000071
注：“←”表示与前述PHR相同。
表1中，原料组分来源如下：
天然橡胶为SCR-5，厂家为龙橡国际/金联；
丁苯橡胶为T4850，厂家为Asahi singapore；
炭黑为N-234，厂家为上海卡博特公司；
沉淀二氧化硅为ULtrasil 7000GR，厂家为UNITED SILIC；
硅烷偶联剂为Si-69，厂家为赢创岚星公司；
加工油为VIVATEC 500，厂家为H&R GROUP；
萜烯树脂为OPPERA 383N，厂家为EXXONMOBIL；
加工助剂为Aktiplast，生产厂家为莱茵化学，
RT-45F，生产厂家为上海三斯公司；
老防组分为物理防护蜡OZOACE-0355，厂家为NIPPON SEIRO；
防老剂6PPD&RD，厂家为山东尚舜化工公司；
蜡：6PPD：RD＝2：2：2.5(质量比)；
活性剂为氧化锌，厂家为山东尚舜化工公司；
硬脂酸，厂家为丰益油脂公司；
两者质量比为1:1；
加硫剂为5％充油硫磺，厂家为浙江雪峰碳酸钙；
噻唑类促进剂为DELAC(CBS)，厂家为山东尚舜化工公司；
胍类促进剂为D(DPG)，厂家为山东尚舜化工公司；
烷基化含硫有机锌盐类促进剂为TPZ，厂家为麒祥化工公司。
本发明实施例对以上组合物进行了性能测试，结果如下：
表2本发明实施例中组合物性能
测试项目 对比例1 对比例2 对比例3 实施例1 实施例2
Tan0℃↑ 100 96 98 100 100
Tan60℃↓ 100 103 105 110 112
刚性(E’30℃)↑ 100 100 100 108 107
T30(′) 3.44 3.39 3.42 2.53 2.51
T50(′) 5.50 4.81 4.88 3.44 3.44
T90(′) 12.53 12.13 12.20 8.04 7.94
气泡点(″)↓ 400 400 400 320 320
表2中，本发明实施例中组合物性能测试方法如下：
(1)Tan0℃、Tan60℃&刚性(E’30℃)：
使用Ueshima生产(型号为VR-7110)的黏弹试验机，在最大应变0.2％、频率10Hz，记录下0℃&60℃下Tan值，30℃下E’值。
(2)T30、T50、T90：
使用阿尔法科技公司生产(RPA2000)的橡胶加工分析仪，在165℃下，测试20分钟，记录下T30、T50及T90数据。
(3)气泡点：
使用上岛制作所生产(型号VR-9120)气泡点分析仪，在160℃下，通过计算活化能，调整不同测试时间，侧视角度虚线切开试样，确认气泡出现位置，对比相同气泡位置时的测试时间差异。
试样形状和结果如附图；图1为试样形状示意图，左边为侧视角度，右边为俯视角度(剖面)。图2为对比例1组合物400秒气泡位置，图3为实施例1组合物320秒气泡位置。
图2中对比例1气泡点位置左侧黑线处(约34mm)，气泡点时间：400秒；图3中实施例1气泡点位置左侧黑线处(约34mm)，气泡点时间：320秒。相同的气泡消失位置，时间越短，硫化效率越高。
胍类促进剂和烷基化含硫有机锌盐类促进剂比例在1.0以下时，如对比例1、2，比例大于1.2时，如对比例3，Tan0℃损失，Tan60℃提升，T30维持，气泡点时间维持；比例在1.0～1.2之间时，Tan0℃维持，Tan60℃提升，T30缩短，气泡点时间缩短，气泡点时间越短，有利于生产效率提升。
由以上实施例可知，本发明所述用作胎面胶的橡胶组合物配方中主要包含：0～20PHR的天然橡胶和80～100PHR的丁苯橡胶，以及包含橡胶补强填料等组分；该橡胶组合物中包括80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅和5～15PHR的补强碳黑。本发明主要采用质量比在1.0～1.2之间的胍类促进剂和烷基化含硫有机锌盐类促进剂并用，维持湿地抓地力，并有效降低滚动阻力及提升刚性，缩短气泡点时间，提升加硫效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。

Claims (8)

1.一种用作胎面胶的低滚阻橡胶组合物，包括以下组分：
100PHR的橡胶组分；
80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅；
5～15PHR的补强碳黑；
所述低滚阻橡胶组合物包括老防组分、活性剂、加硫剂和促进剂；
所述橡胶组分包括0～20PHR的天然橡胶和80～100PHR的丁苯橡胶；所述促进剂包括胍类促进剂和烷基化含硫有机锌盐类促进剂，所述胍类促进剂与烷基化含硫有机锌盐类促进剂的质量比在1.0～1.2之间。
2.根据权利要求1所述的低滚阻橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶用沉淀法二氧化硅的BET比表面积为135～175m2/g；所述补强碳黑的DBP吸油值为115.0-135.0mL/100g。
3.根据权利要求1所述的低滚阻橡胶组合物，其特征在于，所述老防组分选自物理防护蜡、防老剂6PPD和防老剂RD中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的低滚阻橡胶组合物，其特征在于，所述活性剂由氧化锌和硬脂酸组成，两者质量比为1:1。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低滚阻橡胶组合物，其特征在于，所述加硫剂为硫磺；所述促进剂由胍类促进剂、烷基化含硫有机锌盐类促进剂和噻唑类促进剂组成。
6.根据权利要求1-4任一项所述的低滚阻橡胶组合物，其特征在于，所述低滚阻橡胶组合物还包括硅烷偶联剂、加工助剂和萜烯树脂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的低滚阻橡胶组合物，其特征在于，所述低滚阻橡胶组合物具体包括：
5～20PHR的天然橡胶；80～95PHR的丁苯橡胶；80～200PHR的橡胶用沉淀法二氧化硅；5～15PHR的补强碳黑；5～15PHR的硅烷偶联剂；10～25PHR的加工油；2～5PHR的萜烯树脂；5～8PHR的老防组分；2～5PHR的活性剂；1～1.5PHR的加硫剂；2.2～3.8PHR的促进剂。
8.一种轮胎，其特征在于，以权利要求1-7任一项所述的低滚阻橡胶组合物的硫化胶为胎面胶。
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