CN113024901B - 一种用作胎肩垫胶的高导热橡胶组合物及轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用作胎肩垫胶的高导热橡胶组合物及轮胎，该橡胶组合物包括以下组分：100重量份的天然橡胶；20～60重量份的补强组分；2～10重量份的芳香烃油；0.5～3重量份的防老剂；1～12重量份的活性剂；0.5～3重量份的硫化促进剂；2～5重量份的硫磺；所述补强组分由5～20重量份的超轻多孔硅和15～40重量份的炭黑N‑550组成，所述超轻多孔硅中二氧化硅含量不低于75wt％。本发明主要在上述橡胶配方中使用超轻多孔硅作为填充剂，能够有效降低橡胶组合物的生热，减少橡胶中的热积累，从而延长胎肩垫胶及轮胎的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶制品技术领域，具体地，涉及一种用作胎肩垫胶的高导热橡胶组合物及轮胎。
背景技术
按照不同部位，轮胎外胎由胎面、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。胎肩处于胎面和胎体材料的衔接部位，胎肩是整个轮胎中最厚的部位。
轮胎承载汽车重量，行驶速度较高时胎肩部位应变频率高，发热大，散热困难，容易热积累，造成胎肩部位的肩空现象，加速胎肩部位的热老化。胎肩垫胶处于钢带与帘布层之间，位于胎肩部位的下方；行业内在开发胎肩垫胶时，常用天然橡胶为主料，使用增粘树脂以及低生热炭黑进行补强。
现有的胎肩垫胶受胎肩部位震动影响，容易产生热积累，导致老化加速，性能降低，会产生钢带刺穿或轮胎胎肩与钢带帘纱分离，缩短了轮胎的使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种用作胎肩垫胶的高导热橡胶组合物及轮胎，本发明提供的橡胶组合物具有较高的导热性能，主要用作胎肩垫胶，能够延长轮胎的使用寿命。
本发明提供一种用作胎肩垫胶的高导热橡胶组合物，包括以下组分：
100重量份的天然橡胶；
20～60重量份的补强组分；
2～10重量份的芳香烃油；
0.5～3重量份的防老剂；
1～12重量份的活性剂；
0.5～3重量份的硫化促进剂；
2～5重量份的硫磺；
所述补强组分由5～20重量份的超轻多孔硅和15～40重量份的炭黑N-550组成，所述超轻多孔硅中二氧化硅含量不低于75wt％。
优选地，所述超轻多孔硅材料使用多孔结构矿石，经研磨筛选处理后，最终形成具有0.1μm～50μm大小孔径的球形结构的材料，其45μm筛余物≤1.0％，粒径(D75)≤18.0μm。
更优选地，本发明使用的超轻多孔硅材料45μm筛余物≤0.5％，粒径(D75)≤11.5μm。
优选地，所述防老剂为胺类防老剂。
优选地，所述活性剂包括：氧化锌2～7重量份和硬脂酸1～5重量份。
优选地，所述硫化促进剂选自噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂中的一种或多种。
优选地，所述高导热橡胶组合物具体包括如下组分：
100重量份的天然橡胶；
20～30重量份的炭黑N-550；
10～15重量份的超轻多孔硅；
2～10重量份的芳香烃油；
1～3重量份的防老剂；
2～7重量份的氧化锌；
1～5重量份的硬脂酸；
1～3重量份的硫化促进剂；
2～5重量份的硫磺。
优选地，所述防老剂为防老剂6PPD；所述硫化促进剂为促进剂TBBS。
本发明提供一种轮胎，以前文所述的高导热橡胶组合物的硫化胶为胎肩垫胶。
与现有技术相比，本发明实施例提供的橡胶组合物包括：天然橡胶100重量份；补强组分20～60重量份，其中除了采用炭黑N-550为主要补强剂，还添加5～20重量份的超轻多孔硅(二氧化硅含量≥75wt％)；芳香烃油2～10重量份，防老剂0.5～3重量份，氧化锌2～7重量份，硬脂酸1～5重量份，促进剂0.5～3重量份，硫磺2～5重量份。本发明主要在上述橡胶配方中使用超轻多孔硅作为填充剂，能够增加该橡胶组合物的导热性，使橡胶中产生的热量能够均匀分布，有效地散热，防止局部热量累积过大，延长胎肩垫胶及轮胎的使用寿命。
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肩垫胶的高导热橡胶组合物，包括以下组分：
100重量份的天然橡胶；
20～60重量份的补强组分；
2～10重量份的芳香烃油；
0.5～3重量份的防老剂；
1～12重量份的活性剂；
0.5～3重量份的硫化促进剂；
2～5重量份的硫磺；
所述补强组分由5～20重量份的超轻多孔硅和15～40重量份的炭黑N-550组成，所述超轻多孔硅中二氧化硅含量不低于75wt％。
本发明提供一种具有高导热的橡胶组合物，主要用作胎肩垫胶，能够延长轮胎的使用寿命。
本发明所述的高导热橡胶组合物配方中，橡胶组分为100重量份的天然橡胶。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，例如烟片胶。
并且，本发明所述的橡胶组合物包括20～60重量份的补强组分，由5～20重量份的超轻多孔硅和15～40重量份的炭黑N-550组成。其中，炭黑N-550又名快压出炉黑，补强性能较好，用量优选为20～30重量份。
本发明在橡胶配方中添加5～20重量份的超轻多孔硅，优选为10～15重量份，例如10份、12份、15份等。本发明使用的超轻多孔硅的主要成分是二氧化硅，粒径在0.1μm～50μm；与传统白炭黑或其他纳米等级补强材料相比，所述超轻多孔硅材料具有容易分散、不易团聚的特性，可使胶料降低生热。本申请的材料由于其结构特点及其使用量的要求，在橡胶组合物中不会团聚，能很好的分散，不需要配合硅烷偶联剂等活性剂。在本发明的一些实施例中，所述超轻多孔硅材料是采用多孔结构矿石，经研磨筛选处理后，最终形成具有0.1μm～50μm大小孔径的球形结构的材料，具体参数：二氧化硅含量≥75wt％，45μm筛余物≤0.5％，粒径(D75)≤11.5μm。
在本发明中，所述高导热橡胶组合物包括2～10重量份的芳香烃油，优选包括3～8重量份，更优选为4～5重量份。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；芳香烃能增大胶料的粘合性，且能使硫化胶保持较高的强度，但对硫化胶的生热有一定影响，因此理想的芳烃油应具有适宜的化学组成。粘度、闪点、苯胺点是表征芳烃油组成和物理性质的主要质量指标；物理性质不同的芳烃油对硫化胶性能具有不同的影响。具体地，本发明实施例中的芳香烃油为H&R GROUP的VIVATEC500，闪点210℃以上，运动粘度(@100℃)15.0～25.0。
本发明所述的橡胶组合物包括0.5～3重量份的防老剂，优选为1～3重量份。所述防老剂优选为胺类防老剂，防老性能突出。具体地，本发明实施例采用防老剂6PPD，其是N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺，用量例如1重量份。
在本发明中，所述高导热橡胶组合物包括1～12重量份的活性剂。所述活性剂优选包括：氧化锌(ZnO)2～7重量份和硬脂酸1～5重量份；氧化锌、硬脂酸这些组分可以起到润滑、便于加工、促进硫化等方面的作用。所述的橡胶组合物包括：0.5～3重量份的硫化促进剂和2～5重量份的硫磺；而本发明不采用增粘树脂等容易产生热积累的助剂组分。
其中，所述硫化促进剂可选自噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂中的一种或多种，优选为次磺酰胺类促进剂。具体地，本发明实施例采用促进剂TBBS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺)，用量可为1～3重量份；硫磺可为一般市售的硫化剂。
在本发明的优选实施例中，所述高导热橡胶组合物具体包括如下组分：100重量份的天然橡胶；20～30重量份的炭黑N-550；10～15重量份的超轻多孔硅材料；2～10重量份的芳香烃油；1～3重量份的防老剂；2～7重量份的氧化锌；1～5重量份的硬脂酸；1～3重量份的硫化促进剂；2～5重量份的硫磺。
本发明实施例上述橡胶组合物的制备方法具体为：
初混制备母炼胶：将所述天然橡胶生胶、炭黑、超轻多孔硅材料、氧化锌、硬脂酸、芳香烃油、防老剂依次加入班伯理密炼机，混合180秒于160℃排胶；
终混制备终炼胶：将得到的母炼胶、硫磺、促进剂等加入密炼机内，混合90秒后于105℃排胶，得到橡胶组合物。
所述的橡胶组合物硫化条件：以160℃加热20分钟，制备成物性试片。
本发明实施例还提供了一种轮胎，以前文所述的高导热橡胶组合物的硫化胶为胎肩垫胶。其中，本发明主要适用于轿车胎，即半钢子午线轮胎。本发明实施例还将采用上述胎肩垫胶配方的轮胎进行耐久测试，同时测量轮胎胎肩部位在耐久走行时温度(即进行轮胎高速走行测温测试，连续走行20000Km)。结果表明，本发明实施例提供的轮胎胎肩部位生热低，利于延长轮胎使用寿命。
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肩垫胶的高导热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。
实施例1
按照表1配方，将所述天然橡胶生胶、炭黑、超轻多孔硅材料、氧化锌、硬脂酸、芳香烃油、防老剂依次加入班伯理密炼机，混合180秒于160℃排胶；
将得到的母炼胶、硫磺、促进剂等加入密炼机内，混合90秒后于105℃排胶，得到橡胶组合物。
实施例2-3
按照表1配方，根据实施例1的操作，分别制备得到胶料。
比较例
按照表1配方，根据实施例1的操作，制备得到胶料。
表1本发明实施例中橡胶组合物配方(以重量份计)
| 组分 | 比较例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 天然橡胶 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| N-550 | 38 | 33 | 28 | 23 |
| 超轻多孔硅材料 | ～ | 5 | 10 | 15 |
| 芳香烃油 | 5 | 5 | 5 | 5 |
| 防老剂 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 氧化锌 | 4 | 4 | 4 | 4 |
| 硬脂酸 | 2 | 2 | 2 | 2 |
| 促进剂 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| 硫磺 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| 合计 | 153 | 153 | 153 | 153 |
备注：比较例未使用多孔硅材料。
表1中，原料组分来源如下：
天然橡胶为龙橡公司的RSS3#；
炭黑为卡博特公司的N-550；
超轻多孔硅材料的供应厂家为怡创化工公司，具体参数：选自天然多孔结构矿石，经研磨筛选处理形成具有0.1μm～50μm大小孔径的球形结构的材料，其中二氧化硅含量≥75wt％，45μm筛余物≤0.5％，粒径(D75)≤11.5μm；
芳香烃油为H&R GROUP的VIVATEC500，具体参数：闪点210℃以上，运动粘度(@100℃)15.0～25.0；
防老剂为尚舜化工公司的6PPD；
氧化锌供应厂家为尚舜化工公司；
硬脂酸供应厂家为丰益油脂公司；
促进剂为尚舜化工公司的TBBS；
硫磺供应厂家为京海化工公司。
实施例中，所述的橡胶组合物硫化条件：以160℃加热20分钟，制备成物性试片。对实施例配方实验室密炼测试结果分析，实施例3的配方发热最低，故选取比较例和实施例3进行轮胎走行高速测温测试，结果见下表。
表2本发明实施例性能检测表
| 项目 | 比较例 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| TB(MPa) | 26.9 | 26.4 | 25.8 | 22.1 |
| EB(％) | 570 | 580 | 560 | 530 |
| HS(JISA) | 52 | 52 | 51 | 51 |
| ML1+4 | 47 | 48 | 50 | 55 |
| △T(℃) | 8.7 | 8.2 | 7.8 | 7.1 |
| Reb 23℃ | 66 | 69 | 72 | 75 |
| Reb 60℃ | 72 | 75 | 79 | 83 |
| 高速测温 | 80℃ | - | - | 60℃ |
物理机械性能测试：
1.拉伸性能测试：
使用ALPHA厂家的T-2000拉伸试验机依据GB/T528-2009/ISO37:2005进行测试，随着超轻多孔硅使用份数增加，其橡胶混合物的拉伸强度降低和扯断伸长率变小。
2.摩尼性能测试：
使用ALPHA厂家的MV2000机台进行摩尼测试，随着超轻多孔硅使用份数增加，摩尼值变大，胶料的加工作业性性能变差。
3.发热性能测试
使用UESHIMA厂家的压缩生热试验机依据ASTM：D623-07(2014)进行性能测试，△T数值越大表征橡胶混合物越容易生热，热量积累大。根据实验结果，使用超轻多孔硅材料能够降低橡胶混合物的生热，随着使用量增加，其降低生热效果越明显。
4.反拨弹性测试：
使用反拨弹性试验机测试硫化橡胶不同条件下(23℃、60℃)的弹性性能，实施例较比较例有所提升，同时随超轻多孔硅材料用量增加，其反拨弹性性能提升。
5.成品轮胎高速走形测试：
将采用上述胎肩垫胶配方的轮胎进行耐久测试，耐久走行20000Km后测量胎肩温度，实施例3较比较例轮胎胎肩温度低，表明胎肩热积累小。
通过实验分析，本发明实施例体系中使用超轻多孔硅能够降低橡胶组合物的生热，使用份数不宜过多，物理性能和加工性有所变差。在满足其物理性能和加工性能使用的情况下可以使用适量份超轻多孔硅材料，有效降低橡胶组合物的生热，减少热积累，提升橡胶的使用寿命。
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 (6)
1.一种用作胎肩垫胶的高导热橡胶组合物，由以下组分组成：
100重量份的天然橡胶；
20～60重量份的补强组分；
2～10重量份的芳香烃油；
0.5～3重量份的防老剂；
1～12重量份的活性剂；
0.5～3重量份的硫化促进剂；
2～5重量份的硫磺；
所述补强组分由5～20重量份的超轻多孔硅和15～40重量份的炭黑N-550组成，所述超轻多孔硅来源于自然界多孔结构矿石，经过研磨筛选后得到，其含二氧化硅不低于75wt％，45μm筛余物≤1.0％，粒径D75≤18μm；
所述活性剂包括：氧化锌2～7重量份和硬脂酸1～5重量份。
2.根据权利要求1所述的高导热橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂为胺类防老剂。
3.根据权利要求1所述的高导热橡胶组合物，其特征在于，所述硫化促进剂选自噻唑类促进剂和次磺酰胺类促进剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高导热橡胶组合物，其特征在于，所述高导热橡胶组合物具体包括如下组分：
100重量份的天然橡胶；
20～30重量份的炭黑N-550；
10～15重量份的超轻多孔硅；
2～10重量份的芳香烃油；
1～3重量份的防老剂；
2～7重量份的氧化锌；
1～5重量份的硬脂酸；
1～3重量份的硫化促进剂；
2～5重量份的硫磺。
5.根据权利要求4所述的高导热橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂为防老剂6PPD；所述硫化促进剂为促进剂TBBS。
6.一种轮胎，其特征在于，以权利要求1-5任一项所述的高导热橡胶组合物的硫化胶为胎肩垫胶。
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