CN113004594A - 一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物及其混炼方法和制备的轮胎 - Google Patents

一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物及其混炼方法和制备的轮胎 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轿车轮胎制造领域，尤其涉及一种低填充、低滚阻的轿车胎面橡胶组合物及其混炼方法和制备的轮胎。本发明的该胎面橡胶组合物采用更少的填料，采用增粘树脂在不降低轮胎滚动阻力的前提下，提升轮胎的湿地性能；采用无机填料进一步降低滚动阻力，提升轮胎的湿地性能，提升轮胎的安全性；采用芳纶短纤维补强提供高的操控性能和抗撕裂性能。

Description

一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物及其混炼方法和制备的 轮胎
技术领域
本发明涉及轿车轮胎制造领域，尤其涉及一种低填充、低滚阻的轿车胎面橡胶组合物及其混炼方法和制备的轮胎。
背景技术
2012年欧盟实施标签法规以来，轮胎的滚动阻力和安全性能(特别是湿地性能)，越来越被人们重视。
随着各国政策法规推动，新能源汽车占用的比例越来越高，汽车厂家的研发人员在挑选适配轮胎时，对轮胎的滚动阻力愈加青睐。
有专利CN109251379B、CN108250504A等介绍采用低填充补强体系的方法降低轮胎的滚动阻力系数，低填充补强体系的方法虽然能够大幅度降低轮胎的滚动阻力系数，但是由于低填充导致的橡胶组合物的补强性能和抗撕裂性能变差，对轮胎的操控性能和恶路面行驶磨耗均有一定的降低，专利中有介绍采用高用量的天然橡胶、氮吸附比表面积BET为200m2/g及其以上的白炭黑、粒径在20～25nm的炭黑来提升物理性能和抗撕裂性能，然而却并不尽如人意。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种低填充、低滚阻的轿车胎面橡胶组合物，为了追求更低滞后损失，本发明的该胎面橡胶组合物采用更少的填料，采用增粘树脂在不降低轮胎滚动阻力的前提下，提升轮胎的湿地性能；采用无机填料进一步降低滚动阻力，提升轮胎的湿地性能，提升轮胎的安全性；采用芳纶短纤维补强提供高的操控性能和抗撕裂性能。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，该组合物以按质量份计包括以下的组分：
Figure BDA0002935931360000011
Figure BDA0002935931360000021
所述的无机填料选用铝、镁、钙和硅的氧化物和氢氧化物中的一种或多种混合，无机填料的粒径在0.1～10μm，芳纶短纤维长度在0.5～10mm。
作为进一步改进，本发明橡胶组分由以下组分构成：改性丁苯橡胶50～100份，天然橡胶0～50份，顺丁橡胶0～50份。优选，天然橡胶5～40份；顺丁橡胶5～40份；改性丁苯橡胶60～90份，白炭黑30～60份。
作为进一步改进，本发明改性丁苯橡胶中苯乙烯的质量占聚合物总重的15～45％，乙烯基占丁二烯总重的20～50％。
作为进一步改进，所述的白炭黑的氮吸附比表面积(BET)为120-300m2/g；炭黑的粒径在20～30nm。
作为进一步改进，增粘树脂为C5、C5/C9、DCPD、萜烯酚类(萜烯、萜烯苯酚类)、芳香烃(苯乙烯、α-甲基苯乙烯类)中的一种或多种混合。
作为进一步改进，芳纶短纤维的直径在10μm～30μm，长径比在50～300。
作为进一步改进，无机填料选用氢氧化铝。
作为进一步改进，该组合物以按质量份计包括以下的组分：氧化锌2～5份；硬脂酸1～5份；防老剂6PPD 1～5份；防老剂TMQ 0.3～3份；分散剂1～6份；微晶蜡1～5份；促进剂CZ 1～5份；硫磺0.5～3份；促进剂TPZ 0.3～3份。
进一步，本发明还公开了所述的橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
第1步混炼，采用密炼机进行混炼，将轿车胎面橡胶组合物中的天然橡胶、顺丁橡胶、白炭黑10％～50％、硅烷偶联剂10％～50％进行预混炼，在125℃～145℃区间恒温10～300秒，所得混合物A；
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，将改性丁苯橡胶、剩余的白炭黑50％～90％、剩余的硅烷偶联剂50％～90％进行预混炼，在125℃～145℃区间恒温10～300秒，所得混合物B；
第3步混炼，采用密炼机进行混炼，将混合物A、混合物B、氧化锌、防老剂6PPD、防老剂RD、微晶蜡、分散剂进行混炼，在125℃～145℃区间恒温10～200秒，所得混合物C；
第4步混炼，采用密炼机进行混炼，将混合物C、促进剂CZ、硫磺、促进剂TPZ共同混炼，所得最终的胎面橡胶组合物D。
进一步，本发明还公开了一种低填充、低滚阻轮胎，该轮胎的胎面胶采用所述的橡胶组合物硫化制得。
本发明为了追求更低滞后损失，该胎面橡胶组合物采用更少的填料，采用增粘树脂在不降低轮胎滚动阻力的前提下，提升轮胎的湿地性能；采用无机填料进一步降低滚动阻力，提升轮胎的湿地性能，提升轮胎的安全性；采用芳纶短纤维补强提供高的操控性能和抗撕裂性能。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，将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，都属于本发明保护范围。对比例与实施例1～12，如表1所示：
Figure BDA0002935931360000031
Figure BDA0002935931360000041
表1中备注如下所示：
1天然橡胶STR20,泰国产品
2顺丁橡胶BR9000,中石油四川石化有限责任公司产品
3改性丁苯橡胶E581,苯乙烯质量占聚合物总重的35.5％，乙烯基占丁二烯总重的40％，含油量27.3％；日本旭化成公司产品
4白炭黑200MP，BET＝205m2/g，索尔维化工产品
5炭黑N234，卡博特产品
6硅烷偶联剂Si747，江苏麒祥化工产品
7短纤维TwaronD3500，帝人芳纶贸易(上海)有限公司产品
8氢氧化铝，0.2μm，扬州帝蓝化工原料有限公司产品
9树脂，SYLVATRAXX 4401,科腾化学有限公司产品
10氧化锌,石家庄志亿锌业有限公司产品
11硬脂酸，杭州油脂化工有限公司
12防老剂6PPD，山东圣奥化学科技有限公司
13防老剂RD，科迈化工有限公司产品
14分散剂SPA，威海隆茵达纳米材料有限公司产品
15微晶蜡1987，百瑞美特殊化学品(苏州)有限公司产品
16促进剂CZ，山东尚舜化工有限公司产品
17硫磺S200-10S，无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司产品
18促进剂TPZ，江苏麒祥化工产品。
传统的混炼方法是除了促进剂CZ、硫磺、促进剂TPZ外，将所有的组分同时加入密炼机进行混炼的方法，如下所示：
第1步混炼，采用密炼机进行混炼，将天然胶、顺丁胶、改性丁苯橡胶、白炭黑、硅烷偶联剂、氧化锌、防老剂6PPD、防老剂RD、微晶蜡、分散剂同时加入密炼机进行混炼，在125℃～145℃区间恒温10～300秒，让橡胶组合物的内部的化学反应能够有效的进行，所得混合物A。
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，混合物C、促进剂CZ、硫磺、促进剂TPZ加入密炼共同混炼，所得最终的胎面橡胶组合物D。
本发明专利提供的混炼的方法，将部分的白炭黑、硅烷偶联剂与天然橡胶、顺丁橡胶混炼，然后将剩余的白炭黑、硅烷偶联剂与改性丁苯橡胶混炼，将白炭黑分别分散在每个橡胶的内部，提升磨耗性能。混炼方法如下所示：
第1步混炼，采用密炼机进行混炼，将轿车胎面橡胶组合物中的天然橡胶、顺丁橡胶、白炭黑(10％～50％)、硅烷偶联剂(10％～50％)进行预混炼，在125℃～145℃区间恒温10～300秒，所得混合物A。由于白炭黑在顺丁橡胶和天然橡胶中分散不良，采用预混炼的方法可以让白炭黑预先在天然橡胶和顺丁橡胶中进行分散，提升磨耗性能。
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，将改性丁苯橡胶、剩余的白炭黑(50％～90％)、剩余的硅烷偶联剂(50％～90％)进行预混炼，在125℃～145℃区间恒温10～300秒，所得混合物B。
第3步混炼，采用密炼机进行混炼，将混合物A、混合物B、氧化锌、防老剂6PPD、防老剂RD、微晶蜡、分散剂进行混炼，在125℃～145℃区间恒温10～200秒，所得混合物C。
第4步混炼，采用密炼机进行混炼，将混合物C、促进剂CZ、硫磺、促进剂TPZ共同混炼，所得最终的胎面橡胶组合物D。
用于评价性能的方法
磨耗性能
磨耗性能用磨耗量表征，磨耗量越低，耐磨耗性能越好，磨耗量依据GB/T1689测试，磨耗性能指数见公式(一)：
Figure BDA0002935931360000051
粘弹性能测试
测量数据为0℃Tanδ，60℃Tanδ，60℃E’；
测试条件为频率20Hz，动应变0.25％；
测试设备为日本UESHIMA公司制造的VR-7120型动态热机械分析
湿地性能
湿地性能用0℃Tanδ表征，数值越高，湿抓性能越好，0℃Tanδ指数见公式(二)：
Figure BDA0002935931360000061
滚动阻力
滚动阻力用60℃Tanδ表征，数值越低，滚动阻力越低，60℃Tanδ指数见公式(三)：
Figure BDA0002935931360000062
操控性能
操控性能用60℃E’表征，数值越高，操控性能越好，60℃E’指数见公式(四)：
Figure BDA0002935931360000063
抗撕裂性能
抗撕裂性能用抗张积表征，数值越高，抗撕裂性能越好，扯断强度及扯断伸长率依据GB/T528测试，抗张积计算见公式(五)：
抗张积＝扯断强度×扯断伸长率 公式(五)
滚动阻力
轮胎的滚动阻力系数测试机床，天津久荣工业技术有限公司产品，依据ISO28580测试滚动阻力系数RRC，数值越低，滚动阻力越低，RRC指数见公式(六)：
Figure BDA0002935931360000064
对比例与实施例的主要性能见表1
通过对比例与实施例1对比，对比例选用传统的混炼方法，实施例1选用本发明的混炼方法，获得了更优磨耗性能，但滚动阻力、操控性能、抗撕裂性能相当，没有明显改善，不是优选方案。
通过对比例与实施例2对比，实施例2选用低填充补强体系的橡胶组合物，选用传统的混炼方法，获得了更低的滚动阻力，磨耗性能、湿地性能、撕裂性能、操控性能均下降，不是优选方案。
通过实施例2与实施例3对比，实施例3选用低填充补强体系的橡胶组合物，选用本发明的混炼方法，获得了更低的滚动阻力，磨耗性能得到提升，虽然湿地性能、撕裂性能、操控性能略有改善，但不是优选方案。
通过对比例与实施例1、实施例2、实施例3对比，与传统的混炼方法相比，选用本发明的混炼方法更够提升磨耗性能，并对湿地性能、撕裂性能、操控性能有一定的改善，是优选的混炼方法，因此实施例3至实施例12皆采用本发明的混炼方法。
通过实施例2与实施例4、实施例5对比,选用低填充补强体系的橡胶组合物，选用本发明的混炼方法，同时分别选用5份、10份树脂补强橡胶组合物，随着树脂增加，湿地性能得到提升，滚动阻力相当，磨耗性能略提升，操控性能略有下降，当树脂添加至10份时，湿地性能进一步增加，但是，滚动阻力增加，操控性能进一步下降，磨耗性能略有下降，撕裂性能略有提升，不是优选方案。
通过实施例2与实施例6、实施例7对比，选用低填充补强体系的橡胶组合物，选用本发明的混炼方法，同时分别选用5份、10份氢氧化铝补强橡胶组合物，随着氢氧化铝添加，磨耗性能不变，湿地性能得到提升，滚动阻力降低，操控性能略有提升，抗撕裂性能基本不变，但是，当氢氧化铝用到10份时，滚动阻力上升，操控性能提升，抗撕裂性能下降，磨耗性能下降，不是优选方案。
通过实施例2与实施例8、实施例9对比，选用低填充补强体系的橡胶组合物，选用本发明的混炼方法，同时分别选用5份、10份短纤维补强橡胶组合物，随着短纤维的添加，湿地性能略有下降，滚动阻力相当，磨耗性能提升，操控性能和抗撕裂性能大幅上升，当短纤维用到10份时，湿地性能下降，滚动阻力略有增加，磨耗性能提升，操控性能和抗撕裂性能大幅上升，不是优选方案。
通过实施例2与实施例10对比，选用低填充补强体系的橡胶组合物，选用本发明的混炼方法，同时分别选用5份的树脂、氢氧化铝、短纤维补强橡胶组合物，湿地性能得到提升，操控性能、抗撕裂性能得到提升，滚动阻力相当，磨耗性能提升，是优选方案。
通过实施例10与实施例11对比，选用低填充补强体系的橡胶组合物，选用本发明的混炼方法，同时分别选用5份的树脂、氢氧化铝、短纤维补强橡胶组合物，滚动阻力降低，但是湿地性能、操控性能、抗撕裂性能、磨耗性能下降，不是优选方案。
通过实施例10与实施例12对比，选用低填充补强体系的橡胶组合物，同时分别选用10份的树脂、氢氧化铝、短纤维补强橡胶组合物，滚动阻力降低，湿地性能、操控性能、抗撕裂性能、磨耗性能得到提升，是优选方案。
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)

1.一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，该组合物以按质量份计包括以下的组分：
橡胶组分 100份；
白炭黑 30～70份；
炭黑 1～10份；
增粘树脂 1～30份；
无机填料 1～20份；
芳纶短纤维 1～20份；
所述的无机填料选用铝、镁、钙和硅的氧化物和氢氧化物中的一种或多种混合，无机填料的粒径在0.1～10μm，芳纶短纤维长度在0.5～10mm。
2.根据权利要求1所述的一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，橡胶组分由以下组分构成：改性丁苯橡胶 50～100份，天然橡胶0～50份，顺丁橡胶0～50份；优选，天然橡胶5～40份；顺丁橡胶5～40份；改性丁苯橡胶60～90份，白炭黑30～60份。
3.根据权利要求1所述的一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，改性丁苯橡胶中苯乙烯的质量占聚合物总重的15～45％，乙烯基占丁二烯总重的20～50％。
4.根据权利要求1所述的一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，所述的白炭黑的氮吸附比表面积(BET)为120-300m2/g；炭黑的粒径在20～30nm。
5.根据权利要求1所述的一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，增粘树脂为C5、C5/C9、DCPD、萜烯酚类（萜烯、萜烯苯酚类）、芳香烃（苯乙烯、α-甲基苯乙烯类）中的一种或多种混合。
6.根据权利要求1所述的一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，芳纶短纤维的直径在10μm～30μm，长径比在50～300。
7.根据权利要求1所述的一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，无机填料选用氢氧化铝。
8.根据权利要求1所述的一种低填充、低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，该组合物以按质量份计包括以下的组分：氧化锌2～5份；硬脂酸1～5份；防老剂6PPD 1～5份；防老剂TMQ 0.3～3份；分散剂1～6份；微晶蜡1～5份；促进剂CZ 1～5份；硫磺 0.5～3份；促进剂TPZ 0.3～3份。
9.权利要求1-8任意一项权利要求所述的橡胶组合物的混炼方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
第1步混炼，采用密炼机进行混炼，将轿车胎面橡胶组合物中的天然橡胶、顺丁橡胶、白炭黑10%～50%、硅烷偶联剂10%～50%进行预混炼，在125℃～145℃区间恒温10～300秒，所得混合物A；
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，将改性丁苯橡胶、剩余的白炭黑50%～90%、剩余的硅烷偶联剂50%～90%进行预混炼，在125℃～145℃区间恒温10～300秒，所得混合物B；
第3步混炼，采用密炼机进行混炼，将混合物A、混合物B、氧化锌、防老剂6PPD、防老剂RD、微晶蜡、分散剂进行混炼，在125℃～145℃区间恒温10～200秒，所得混合物C；
第4步混炼，采用密炼机进行混炼，将混合物C、促进剂CZ、硫磺、促进剂TPZ共同混炼，所得最终的胎面橡胶组合物D。
10.一种低填充、低滚阻轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面胶采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的橡胶组合物硫化制得。
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