CN113652013A - 一种轮胎三角胶胶料组合物及其混炼方法和全钢子午轮胎 - Google Patents

一种轮胎三角胶胶料组合物及其混炼方法和全钢子午轮胎 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种轮胎三角胶胶料组合物及其混炼方法和轮胎。一种轮胎三角胶胶料组合物，该组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：天然胶100phr，双相炭黑20‑40phr，硅格粉5.0‑25phr，硅烷偶联剂0‑2.0phr；所述的双相炭黑为炭黑与硅格粉在高温下反应生成硅碳结构，并通过聚集形成硅碳聚集体。本发明硅格粉在配方中应用具有低生热特性，双相炭黑生热比炭黑并用硅格粉生热低；将双相炭黑并用硅格粉用于全钢子午线轮胎三角配方，具有比炭黑并用硅格粉及双相炭黑更低的生热，在低滚动阻力轮胎中极具应用前景。

Description

一种轮胎三角胶胶料组合物及其混炼方法和全钢子午轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种轮胎三角胶胶料组合物及其混炼方法和全钢子午轮胎。
背景技术
低滚动阻力轮胎是应可持续绿色发展而生的一项重大技术进步。填料一般采用并用白炭黑的方式来降低胶料滞后损失。近年来，双相炭黑的出现推动低滚动阻力轮胎前进了一大步。双相炭黑以卡博特的炭黑/白炭黑双相炭黑以及横滨橡胶的二氧化硅表面改性炭黑填料为代表，结合炭黑的高补强性及白炭黑的低生热性能用于低滚阻轮胎设计。怡维怡橡胶研究院CN 105237834 A采用炭黑/白炭黑双相炭黑母胶并用白炭黑填料或白炭黑母胶制得耐磨性优异，滞后损失接近纯白炭黑的胎面胶；CN 105273248 A提供了一种双相炭黑和炭黑湿法母胶并用的橡胶组合物。
硅格粉由哈尔滨硅格新材料有限公司生产，是属于生物基粒子，来源于自然界，价格低廉，为天然硅矿石/硅藻土经深度纯化/复合而成。硅格粉主伸展功能，提高橡胶的伸长率，减少形变生热，降低橡胶轮胎的滚动阻力。但由于硅格粉分子内含有较多的活性官能团，直接在橡胶中投加使用时分子内基团相互作用较多，导致硅格粉在橡胶中分散不均匀，形成大颗粒状及块状分布，反而破坏了橡胶的性能。
为此，申请人子公司杭州中策清泉实业有限公司申请的中国发明专利申请(公开号：CN112080161A公开日：20201215)公开了一种双相炭黑，所述的双相炭黑为炭黑与硅格粉在高温下反应生成硅碳结构，并通过聚集形成硅碳聚集体。结合后的双相炭黑表面继承了硅格粉表面的羟基结构，邻位羟基形成内氢键，孤立羟基与双重羟基与橡胶分子中的羟基等极性基团形成外氢键，在橡胶内部形成聚合物分子链贯穿橡胶高分子链网络，从而赋予了材料优越的综合性能。
橡胶部件对轮胎滚动阻力的影响胎冠部位占70％，胎侧部位15％，子口部位15％，除胎冠占主导因素外，降低子口部件的滞后损失也至关重要。目前还未有硅格粉与双相炭黑用于轮胎配方设计来降低生热的技术公开报道。
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轮胎三角胶胶料组合物，在全钢子午轮胎三角配方中引入新型炭黑/硅格粉双相炭黑并用硅格粉，提升胶料物理机械性能，降低胶料滞后损失。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种轮胎三角胶胶料组合物，该组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：
Figure BDA0003241344920000021
所述的双相炭黑为炭黑与硅格粉在高温下反应生成硅碳结构，并通过聚集形成硅碳聚集体。
作为优选，该组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：
Figure BDA0003241344920000022
作为优选，硅格粉以天然硅矿石和/或硅藻土经纯化、复合而成，具有丰富的微孔结构，比表面积在72-120m2/g，孔体积0.20-0.40cm3/g，孔隙数量约为2-2.5亿个/g，D50在4.0-6.0um。
作为优选，双相炭黑中硅格粉重量含量为10％-50％，更为优选的含量为17±3％。
作为优选，硅烷偶联剂可采用双—(三乙氧基硅)丙基四硫化物(TESPT)、双—(三乙氧基硅)丙基二硫化物(Si75)、辛烷基三乙氧基硅烷(OTES)或巯基硅烷(Si747)类。
作为优选，该组合物的原料还包括增粘剂0-2phr，防40201.0-2.0phr，RD1.0-2.0phr，活化剂4-6phr；硫化剂1-2.2phr；促进剂0.7-2.2phr。
作为优选，所述增粘剂用烷基酚醛增粘树脂或超级增粘树脂；所述活化剂使用硬脂酸和氧化锌。
作为优选，所述硫化剂使用硫磺或有机硫并用；所述促进剂使用次磺酰胺类NS/CZ/DZ中的一种或两种并用。
进一步，本发明还公开了上述的轮胎三角胶胶料组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
第一段塑炼：天然橡胶、双相炭黑塑炼：加入生胶/填料压坨保持35-45s，提坨，再压坨混炼至145-155℃排胶；
第二段混炼：加入一段塑炼胶、剩余双相炭黑及硅格粉+硅烷偶联剂，压坨混炼到120-130℃，提坨，加入其余配合剂，压坨混炼30-40s，提坨清扫，再压坨混炼到145-155℃排胶；
第三段混炼：加入二段混炼胶和终炼细料硫磺促进剂等，压坨保持30-40s，提坨清扫，再压坨保持25-35s，提坨清扫，再压坨混炼到100-110℃排胶。
进一步，本发明还公开了一种全钢子午轮胎，该轮胎的三角胶采用所述的一种轮胎三角胶胶料组合物硫化制得。
本发明的有益技术效果体现在：硅格粉在配方中应用具有低生热特性，双相炭黑生热比炭黑并用硅格粉生热低；将双相炭黑并用硅格粉用于全钢子午线轮胎三角配方，具有比炭黑并用硅格粉及双相炭黑更低的生热，在低滚动阻力轮胎中极具应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。以下所述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，基于本发明所述技术原理下所做的修改应属于本发明保护范围。
对比例1
对比例1的配方设计如下：天然胶100phr，N326 45phr，硬脂酸2phr，氧化锌4phr，4020 1phr，RD 1.5phr，koresin树脂1phr，硫磺2phr，促进剂0.7phr。
对比例2
对比例2的配方设计如下：天然胶100phr，N326 35phr，硅格粉10phr，硬脂酸2phr，氧化锌4phr，4020 1phr，RD 1.5phr，koresin树脂1phr，硫磺2phr，促进剂1.1phr。
对比例3
对比例3的配方设计如下：天然胶100phr，双相炭黑40phr，硬脂酸2phr，氧化锌4phr，4020 1phr，RD 1.5phr，204树脂1phr，硫磺2phr，促进剂1.1phr。
实施例1
实施例1的配方设计如下：天然胶100phr，双相炭黑35phr，硅格粉5phr，硬脂酸2phr，氧化锌2.5phr，4020 1phr，RD 1.5phr，204树脂1phr，硫磺2phr，促进剂1.2phr。
实施例2
实施例2的配方设计如下：天然胶100phr，双相炭黑35phr，硅格粉10phr，硅烷偶联剂1.5phr，硬脂酸2phr，氧化锌2.5phr，4020 1phr，RD 1.5phr，204树脂1phr，硫磺1.8phr，促进剂1.5phr。
实施例3
实施例3的配方设计如下：天然胶100phr，双相炭黑25phr，硅格粉15phr，硅烷偶联剂2.0phr，硬脂酸1.5phr，氧化锌3.5phr，4020 1.5phr，RD 1.5phr，204树脂1phr，硫磺1.4phr，有机硫0.8phr，促进剂2.2phr。
本发明的双相炭黑的制备方法可以采用中国发明专利申请(公开号：CN112080161A公开日：20201215)公开的制备方法。
对比例与实施例采用相同的混炼工艺，混炼工艺如下：
第一段塑炼：100份天然橡胶、10份双相炭黑塑炼：加入生胶/填料压坨保持40s，提坨，再压坨混炼至150℃排胶；
第二段混炼：加入一段塑炼胶、剩余双相炭黑及硅格粉与硅烷，压坨混炼到125℃，提坨，加入其余配合剂，压坨混炼35s，提坨清扫，再压坨混炼到150℃排胶；
第三段混炼：加入二段混炼胶和终炼细料硫磺促进剂等，压坨保持35sec，提坨清扫，再压坨保持30sec，提坨清扫，再压坨混炼到105℃排胶。
上述制得三角胶料的主要技术指标如下：
对比例1 对比例2 对比例3 实施例1 实施例2 实施例3
M300/MPa 10.5 9.2 10.3 11.1 11.8 11.5
Tb/Mpa 28.5 25.9 25.8 25.6 24.8 23.8
Eb/％ 607 576 551 536 500 473
Hs/SH A 58 57 57 58 57 58
tanδ60℃ 0.144 0.101 0.096 0.078 0.064 0.041
*注：胶料各项性能均是按照国家或行业标准进行测试，硫化条件为151℃x30min。其中德国GABO公司动态粘弹谱分析仪(DMA)测试tanδ。
从配方示例，三角配方炭黑并用硅格粉生热降低30％左右，双相炭黑比炭黑并用硅格粉进一步降低5％；双相炭黑并用硅格粉后生热可进一步降低幅度达50％以上，双相炭黑并用硅格粉胶料滞后损失显著下降。
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)

1.一种轮胎三角胶胶料组合物，其特征在于，该组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：
天然胶100 phr，
双相炭黑20-40phr，
硅格粉5.0-25phr，
硅烷偶联剂0-2.0phr；
所述的双相炭黑为炭黑与硅格粉在高温下反应生成硅碳结构，并通过聚集形成硅碳聚集体。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎三角胶胶料组合物，其特征在于，该组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：
天然胶100 phr，
双相炭黑25-35phr，
硅格粉5.0-15phr，
硅烷偶联剂0-2.0phr。
3.根据权利要求1或2所述的一种轮胎三角胶胶料组合物，其特征在于，硅格粉以天然硅矿石和/或硅藻土经纯化、复合而成，具有丰富的微孔结构，比表面积在72-120m2/g，孔体积0.20-0.40cm3/g，孔隙数量约为2-2.5 亿个/g，D50在4.0-6.0um。
4.根据权利要求1或2所述的一种轮胎三角胶胶料组合物，其特征在于，双相炭黑中硅格粉重量含量为10%-50%，更为优选的含量为17±3%。
5.根据权利要求1或2所述的一种轮胎三角胶胶料组合物，其特征在于，硅烷偶联剂可采用双—（三乙氧基硅）丙基四硫化物（TESPT）、双—（三乙氧基硅）丙基二硫化物（Si75）、辛烷基三乙氧基硅烷（OTES）或巯基硅烷(Si747)类。
6.根据权利要求1或2所述的一种轮胎三角胶胶料组合物，其特征在于，该组合物的原料还包括增粘剂0-2phr，防40201.0-2.0phr，RD1.0-2.0phr，活化剂4-6phr；硫化剂1-2.2phr；促进剂0.7-2.2phr。
7.根据权利要求6所述的一种轮胎三角胶胶料组合物，其特征在于，所述增粘剂用烷基酚醛增粘树脂或超级增粘树脂；所述活化剂使用硬脂酸和氧化锌。
8.根据权利要求6所述的一种轮胎三角胶胶料组合物，其特征在于，所述硫化剂使用硫磺或有机硫并用；所述促进剂使用次磺酰胺类NS/CZ/DZ中的一种或两种并用。
9.根据权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种轮胎三角胶胶料组合物的混炼方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
第一段塑炼：天然橡胶、双相炭黑塑炼：加入生胶/填料压坨保持35-45s，提坨，再压坨混炼至145-155℃排胶；
第二段混炼：加入一段塑炼胶、剩余双相炭黑及硅格粉+硅烷偶联剂，压坨混炼到120-130℃，提坨，加入其余配合剂，压坨混炼30-40s，提坨清扫，再压坨混炼到145-155℃排胶；
第三段混炼：加入二段混炼胶和终炼细料硫磺促进剂等，压坨保持30-40s，提坨清扫，再压坨保持25-35s，提坨清扫，再压坨混炼到100-110℃排胶。
10.一种全钢子午轮胎，其特征在于，该轮胎的三角胶采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种轮胎三角胶胶料组合物硫化制得。
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