CN112967768B - 一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法及在轮胎设计中应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轮胎行业的应用领域，涉及到一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法及在轮胎设计中应用。该方法兼顾胎面中的白炭黑用量和比表面积，以及胎面胶的粘弹性，可以在做成轮胎前就预测轮胎的湿地抓地性能，缩短开始周期，减少开发成本。
Description
技术领域
本发明属于轮胎行业的应用领域，涉及到一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法及在轮胎设计中应用。
背景技术
轮胎在湿地上的摩擦系数，直接关系到汽车在湿地上的刹车距离。
胎面胶作为直接与地面的接触部分，其物理性能和粘弹性特性，与刹车距离有关。
虽然行业普遍认为胎面胶在0℃时的tanδ存在一定相关性，但是其相关系数较弱。尤其是最近二三十年以来，白炭黑被用来填充到胎面胶中增加湿地摩擦系数以来，tanδ与湿地抓地力的相关性系数进一步减弱。
比如，一般认为0℃时tanδ越高，胎面胶湿地抓着性能越好。另一方面，白炭黑用量越大，胎面胶的湿地抓着性能越好。但是，白炭黑的加入，尤其是白炭黑的大量加入，会导致胎面胶0℃的tanδ降低。因此，通过粘弹性和白炭黑量来评估胎面胶的湿地抓着性能，实际上存在着一个悖论。
一般理论认为，硫化胶的摩擦系数，主要由滞后摩擦系数、粘附摩擦系数构成。在本人申请的发明(申请号：CN 2021100478352，申请日：20210114)“一种硫化橡胶组合物的湿地滞后摩擦系数的计算方法及在轮胎设计中应用”中，描述了硫化胶的滞后因子与湿地摩擦能力的关系。在本专利中，发现粘附摩擦系数与硫化胶的拉伸强度TB相关。并且，一步描述了粘附摩擦系数计算方法。
申请人申请的中国发明专利申请(公开号：CN111337274A，公开日：20200626)公开了一种使用便携式摆动摩擦系数测定仪(以下简称PSRT)预测轮胎抗湿滑性能的检测方法。采用PSRT测试仪用来检测不同橡胶配方在相同测试表面的摩擦系数，以此来预测轮胎抗湿滑性能。使用PSRT预测轮胎的抗湿滑性能，是一个非常简单、迅速、经济的测试方法，可以为实验室评价橡胶配方的抗湿滑性能提供更好的判断依据，间接的可以用来预测轮胎的抗湿滑性能。
在本发明中，兼顾胎面中的白炭黑用量和比表面积，以及胎面胶拉伸强度TB，得到一种硫化胶的湿地粘附摩擦系数的计算方法。使用该方法与我们用专利CN111337274A的预测轮胎抗湿滑性的方法一致性高，重现性好。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本申请的一个目的是提供一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，该方法兼顾胎面中的白炭黑用量和比表面积，以及胎面胶的湿地粘附摩擦，可以在做成轮胎前就预测轮胎的湿地抓地性能，缩短开始周期，减少开发成本。
为了实现上述的目的，本申请采用了以下的技术方案：
一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，该方法包括以下的步骤：
1)湿地粘附摩擦因子计算：u1＝TB/(E')n，
其中：0.3＜n＜0.8，TB为硫化后橡胶组合物25℃室温下测定硫化胶的拉伸强度，E'为硫化后橡胶组合物0℃时的弹性模量；
2)填料因子计算：u2＝Total CTAB/1000，
Total CTAB＝S1CTAB×S1Phr+S2CTAB×S2Phr+……+SnCTAB×SnPhr，
其中：S1 CTAB为第一种白炭黑的CTAB值，S1Phr为第一种白炭黑的质量份；S2 CTAB为第二种白炭黑的CTAB值，S2Phr为第二种白炭黑的质量份；SnCTAB为第n种白炭黑的CTAB值，SnPhr为第n种白炭黑的质量份；
3)橡胶组合物粘附摩擦因子计算：uadh＝u1+u2。
作为优选，步骤1)中将橡胶组合物进行硫化，在动态机械分析仪，实施温度扫描；测试结果得到扫描温度范围内各个温度下的弹性模量E'。
再优选，温度扫描范围为：-50～80℃；扫描频率为：20Hz；动应变为：0.25％。
作为优选，所述的橡胶组合物包括100质量份的二烯类橡胶，总计10至150质量份的白炭黑，相对于白炭黑的含量，硅烷偶联剂的质量份为1～25％。本申请中所指的白炭黑为沉淀法、气相法等工艺生产的普通白炭黑、高分散白炭黑等。
作为优选，所述的白炭黑为一种或者为多种并用；每种白炭黑的CTAB值范围在80～300m2/g之间。
作为优选，所述的二烯类橡胶为烯烃类橡胶中的单种、两种或多种，可以为天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶。
作为优选，所述的橡胶组合物还包括软化剂、氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡、硫磺和硫化促进剂。
进一步，本申请还公开了一种橡胶组合物的筛选方法，该方法采用所述的方法获得橡胶组合物粘附摩擦因子uadh，uadh值越大，使用该硫化胶作为胎面生产的轮胎，在湿地路面上的刹车距离越短。
进一步，本申请还公开了一种轮胎的设计方法，，该轮胎采用所述的方法获得橡胶组合物粘附摩擦因子uadh，选择uadh值越大的橡胶组合物作为胎面生产轮胎。
进一步，本申请还公开了一种轮胎，该轮胎采用所述的方法获得。
本申请由于采用了上述的技术方案，在本发明中，兼顾胎面中的白炭黑用量和比表面积，以及胎面胶拉伸强度TB，得到一种硫化胶的湿地粘附摩擦系数的计算方法。使用该方法与我们用专利CN111337274A的预测轮胎抗湿滑性的方法一致性高，重现性好。
具体实施例
将表1中系列橡胶组合物进行硫化，硫化条件：160℃×15min。
25℃室温下测定硫化胶的拉伸强度TB。
在动态机械分析仪(DMA)实施温度扫描。
温度扫描范围为：-50～80℃；扫描频率为：20Hz；动应变为：0.25％。
测试结果得到扫描温度范围内各个温度下的弹性模量E'。
按下式计算得到湿地粘附摩擦因子u1＝TB/(E')n。(在本实施例中，取n＝0.5)
按照以下公式计算橡胶组合物中的白炭黑总CTAB
Total CTAB＝S1CTAB×S1Phr+S2CTAB×S2Phr+……+SnCTAB×SnPhr
其中S1 CTAB为第一种白炭黑的CTAB值，S1Phr为第一种白炭黑的质量份；S1 CTAB为第一种白炭黑的CTAB值，S1Phr为第一种白炭黑的质量份；S2 CTAB为第二种白炭黑的CTAB值，S2Phr为第二种白炭黑的质量份；SnCTAB为第n种白炭黑的CTAB值，SnPhr为第n种白炭黑的质量份。
填料因子u2＝Total CTAB/1000
硫化胶湿地粘附摩擦系数uahd＝u1+u2
BPST的测试方法及结果按照专利CN111337274A实施。
表1为不同配方胎面组合物的成分及计算得到的摩擦系数。
表1
上述配方中所用原材料明细：
溶聚丁苯橡胶，4526-2HM，朗盛化学产品。表1中溶聚丁苯橡胶份数，为去除软化油后的纯橡胶的质量份数。
顺式丁二烯橡胶，BR9000，中石油大庆石化分公司产品；
白炭黑1165MP，索尔维化工产品，比表面积170m2/g。
白炭黑200MP，索尔维化工产品，比表面积200m2/g。
白炭黑1115MP，索尔维化工产品，比表面积120m2/g。
软化油，TDAE，汉圣化工产品，表1中的软化油份数，为溶聚丁苯橡胶中含油量和额外加入软化油的总和。
其他原材料包括2份氧化锌，3份硬脂酸，2份防老剂4020，1.5份石蜡，1.8份硫磺，2份硫化促进剂，均为市售工业级产品。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
1）湿地粘附摩擦因子计算：u1=TB/(E')n，
其中：0.3＜n＜0.8，TB为硫化后橡胶组合物25℃室温下测定硫化胶的拉伸强度，E'为硫化后橡胶组合物0℃时的弹性模量；
2）填料因子计算： u2=Total CTAB/1000，
Total CTAB= S1CTAB×S1Phr + S2CTAB×S2Phr + …… + SnCTAB×SnPhr ，
其中：S1 CTAB为第一种白炭黑的CTAB值，S1Phr为第一种白炭黑的质量份；S2 CTAB为第二种白炭黑的CTAB值，S2Phr为第二种白炭黑的质量份；SnCTAB为第n种白炭黑的CTAB值，SnPhr为第n种白炭黑的质量份；
3）橡胶组合物粘附摩擦因子计算：uadh=u1+u2。
2.根据权利要求1所述的一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，其特征在于，步骤1）中将橡胶组合物进行硫化，在动态机械分析仪，实施温度扫描；测试结果得到扫描温度范围内各个温度下的弹性模量E'。
3.根据权利要求2所述的一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，其特征在于，温度扫描范围为：-50~80℃；扫描频率为：20Hz；动应变为：0.25%。
4.根据权利要求1所述的一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，其特征在于，橡胶组合物包括100质量份的二烯类橡胶，总计10至150质量份的白炭黑，相对于白炭黑的含量，硅烷偶联剂的质量百分比为1~25%。
5.根据权利要求4所述的一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，其特征在于，白炭黑为一种或者为多种并用；每种白炭黑的CTAB值范围在80~300m2/g之间。
6.根据权利要求4所述的一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，其特征在于，所述的二烯类橡胶为烯烃类橡胶中的单种、两种或多种。
7.根据权利要求4所述的一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，其特征在于，所述的二烯类橡胶为天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶。
8.根据权利要求4所述的一种硫化橡胶组合物的湿地粘附摩擦系数的计算方法，其特征在于，橡胶组合物还包括软化剂、氧化锌、硬脂酸、防老剂、石蜡、硫磺和硫化促进剂。
9.一种橡胶组合物的筛选方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的方法获得橡胶组合物粘附摩擦因子 uadh，uadh值越大，使用该硫化胶作为胎面生产的轮胎，在湿地路面上的刹车距离越短。
10.一种轮胎的设计方法，其特征在于，该轮胎采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的方法获得橡胶组合物粘附摩擦因子 uadh，选择uadh值越大的橡胶组合物作为胎面生产轮胎。
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