CN113754933B - 用于降低轮胎空腔共鸣音的橡胶组合物及制备、应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮胎领域，公开了一种用于降低轮胎空腔共鸣音的橡胶组合物及制备、应用方法，橡胶组合物按重量份数包括：二烯类橡胶100份，填充剂10～30份，增塑剂2～8份，氧化锌1～5份，硬脂酸1～3份，防老剂2～6份，化学发泡剂10～30份，硫磺1～3份，促进剂0.5～1.5份；其中，所述二烯类橡胶选用天然橡胶、聚异戊二烯、丁二烯橡胶、丁二烯/苯乙烯共聚物中的至少一种。该橡胶组合物与轮胎其他部件一起经历硫化过程之后形成多孔且孔洞之间互相贯穿的低密度材料，在保证轮胎滚动阻力不提升的前提下，降低了空腔共鸣音；橡胶组合物没有使用传统轮胎气密层中使用的丁基橡胶或卤化丁基橡胶，降低了生产成本。

Description

用于降低轮胎空腔共鸣音的橡胶组合物及制备、应用方法
技术领域
本发明涉及轮胎领域，具体涉及一种用于降低轮胎空腔共鸣音的橡胶组合物及制备、应用方法。
背景技术
当汽车在路面上行驶时，轮胎会随着路面的凹凸不平而产生不同频率的振动，这些振动会引起轮胎空腔内部的空气振动，从而产生空腔共鸣音。一般来说，空腔共鸣音在150～250Hz之间存在明显且尖锐的共振峰值，给车内乘客带来不悦的感受。因此，对于该频率段内噪音的消减和控制是降低汽车行驶噪音、提高驾乘舒适性的重要方面。
现有技术中，为了有效降低轮胎空腔共鸣音，会在轮胎内部设置具有吸声性能的多孔材料，但需要在轮胎成型硫化后，通过粘合方式将静音海绵、泡沫等降噪材料贴附在轮胎内部方案，提高了轮胎生产工艺的复杂度，且在轮胎运行中，静音海绵、泡沫存在脱落的风险。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种用于降低轮胎空腔共鸣音的橡胶组合物及制备、应用方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种用于降低轮胎空腔共鸣音的橡胶组合物，按重量份数包括：二烯类橡胶100份，填充剂10～30份，增塑剂2～8份，氧化锌1～5份，硬脂酸1～3份，防老剂2～6份，化学发泡剂10～30份，硫磺1～3份，促进剂0.5～1.5份；其中，所述二烯类橡胶选用天然橡胶、聚异戊二烯、丁二烯橡胶、丁二烯/苯乙烯共聚物中的至少一种；所述二烯类橡胶选用天然橡胶和丁二烯橡胶的并用体系，其中天然橡胶和丁二烯橡胶并用的重量比例为天然橡胶：丁二烯橡胶在3：7～7：3的范围。
进一步地，所述填充剂选用炭黑、白炭黑、陶土、碳酸钙中的至少一种；优选地，填充剂使用炭黑或者白炭黑，更优选的填充剂使用炭黑。
进一步地，所述增塑剂选用环保芳烃油、环烷油、植物基油中的的至少一种；优选地，增塑剂使用环保芳烃油。
进一步地，所述防老剂选自防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂DTPD、防老剂6PPD中的至少一种。
进一步地，所述化学发泡剂选自偶氮二甲酰胺、N,N′-二亚硝基五次甲基四胺、4,4′-氧代双苯磺酰肼中的至少一种；优选地，化学发泡剂使用4,4′-氧代双苯磺酰肼。
进一步地，所述促进剂选自次磺酰胺类、秋兰姆类中的至少一种；次磺酰胺类包括N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、2-（4-吗啉硫代）苯并噻唑、N,N-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的至少一种；秋兰姆类包括二硫化四苄基秋兰姆；优选地，秋兰姆类使用次磺酰胺类促进剂。
一种用于降低轮胎空腔共鸣音的橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）将二烯类橡胶、填充剂、氧化锌、硬脂酸和防老剂一起投入到密炼机中，控制转速20～60rpm，混炼1～2min，待温度上升至120℃～130℃时加入增塑剂，继续混炼至混炼温度达155℃排胶，得到M1段母炼胶，冷却待用；
（2）将冷却后的M1段母炼胶与硫磺、促进剂和化学发泡剂一起加入密炼机中，转速15～30rpm，混炼至温度达到100℃排胶，冷却，得到橡胶组合物。
一种用于降低轮胎空腔共鸣音的橡胶组合物的应用方法，将所述的橡胶组合物，在轮胎成型时贴放在轮胎内衬层内，之后对轮胎进行160℃的低温硫化；在保证轮胎除所述橡胶组合物的其他部分完成硫化的同时，使橡胶组合物形成气孔率50%以上的均匀通孔。
进一步地，所述均匀通孔的气孔率为50%～80%。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：
1.本发明中使用的可降低空腔共鸣音的橡胶组合物组分中使用的填充剂份数极少，且该橡胶组合物与轮胎其他部件一起经历硫化过程之后形成多孔且孔洞之间互相贯穿的低密度材料，其与传统轮胎相比在保证轮胎滚动阻力不提升的前提下，大幅降低了空腔共鸣音。
2.本发明中使用的可降低空腔共鸣音的橡胶组合物组分没有使用传统轮胎气密层中使用的丁基橡胶或卤化丁基橡胶，从而降低了生产成本。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施方式作详细的说明。
对比例1
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶20份、丁二烯橡胶80份、填充剂20份、增塑剂6份、氧化锌4份、硬脂酸2份、防老剂3份、化学发泡剂0份、硫磺2份、促进剂1份。
对比例2
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶80份、丁二烯橡胶20份、填充剂8份、增塑剂10份、氧化锌4份、硬脂酸2份、防老剂3份、化学发泡剂32份、硫磺2份、促进剂1份。
对比例3
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶40份、丁二烯橡胶60份、填充剂32份、增塑剂6份、氧化锌4份、硬脂酸2份、防老剂3份、化学发泡剂5份、硫磺2份、促进剂1份。
对比例4
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶40份、丁二烯橡胶60份、填充剂20份、增塑剂6份、氧化锌4份、硬脂酸2份、防老剂3份、化学发泡剂11份、硫磺5份、促进剂2份。
实施例1
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶50份、丁二烯橡胶50份、填充剂12份、增塑剂3份、氧化锌4份、硬脂酸2份、防老剂3份、化学发泡剂18份、硫磺2份、促进剂1份。
实施例2
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶35份、丁二烯橡胶65份、填充剂15份、增塑剂5份、氧化锌3份、硬脂酸1.5份、防老剂2份、化学发泡剂20份、硫磺1.8份、促进剂1.2份。
实施例3
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶65份、丁二烯橡胶35份、填充剂20份、增塑剂5份、氧化锌3份、硬脂酸1.5份、防老剂2份、化学发泡剂28份、硫磺1.8份、促进剂1.2份。
实施例4
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶30份、丁二烯橡胶70份、填充剂28份、增塑剂5份、氧化锌3份、硬脂酸1.5份、防老剂2份、化学发泡剂23份、硫磺2份、促进剂1.2份。
实施例5
橡胶组合物按重量份数包括：天然橡胶50份、丁二烯橡胶50份、填充剂25份、增塑剂7份、氧化锌3份、硬脂酸1.5份、防老剂2份、化学发泡剂30份、硫磺2.2份、促进剂1.2份。
综合上述实施例和对比例如表1。
Figure 984565DEST_PATH_IMAGE001
表1
其中，天然橡胶选用标准胶SMR 20#；丁二烯橡胶：NiBR, 来自中石化公司；填充剂：炭黑N660, 来自Cabot Chemical CO. LTD.；增塑剂：环保芳烃油TDAE，来自宁波汉圣化工有限公司；氧化锌：市售；硬脂酸：市售；防老剂：防老剂4020，N-(1,3-二甲基)丁基-N'-苯基对苯二胺，市售；化学发泡剂：发泡剂OBSH，P,P’-OXYBIS BENZENE SULFONYL HYDRAZIDE，市售；硫磺：普通硫磺，市售；促进剂：促进剂NS（N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺），市售。
将上述对比例以及实施例，按照如下工艺进行制备：
（1）将二烯类橡胶、填充剂、氧化锌、硬脂酸和防老剂一起投入到密炼机中，控制转速20～60rpm，混炼1～2min，待温度上升至120℃～130℃时加入增塑剂，继续混炼至混炼温度达155℃排胶，得到M1段母炼胶，冷却待用。
（2）将冷却后的M1段母炼胶与硫磺、促进剂和化学发泡剂一起加入密炼机中，转速15～30rpm，混炼至温度达到100℃排胶，冷却，得到各对比例和实施例对应的橡胶组合物。
将橡胶组合物应用于轮胎的制造工艺如下：
橡胶组合物的尺寸：宽度大于0.5W1B，小于W2B；长度为成型时的成型鼓周长；厚度为3mm。其中W1B为第一带束层宽度，W2B为第二带束层宽度。
不同尺寸橡胶组合物生产的差异，如表2所示。
橡胶组合物尺寸 空腔共鸣噪音峰值频率（Hz） 空腔共鸣噪音峰值（dB）
无橡胶组合物轮胎 211 21.9
大于2B带束层宽度 211 16.5
大于二分之一1B带束层宽度小于2B带束层宽度 211 17.3
小于二分之一1B带束层宽度 211 19.5
表2
通过试验发现橡胶组合物宽度越大对于空腔共鸣噪音性能越好，但是当宽度大于2B代带束层宽度之后，橡胶组合物在跟随轮胎硫化完之后边缘会进入轮胎的曲挠区，曲挠区部分的橡胶组合物会在轮胎行驶过程中脱落，所以橡胶组合物宽度采用大于0.5W1B，小于W2B。
将橡胶组合物手动贴合在一次法机器的成型鼓一圈，或者可以在成型机器加一个供料架，来自动贴合橡胶组合物；之后再根据现场正常的成型过程来贴合内衬和胎侧的组合物、贴合帘布、进行充气反包打压，这样的橡胶组合物可以很好的贴合在胎坯内部的内衬上。
硫化工艺：硫化时采用低温硫化工艺。橡胶组合物采用低温硫化，可以使橡胶组合物硫化之后的气孔率增加；上述各对比例和实施例中，采用160℃的低温硫化工艺，温度取决于橡胶组合物的硫化最佳温度，但需要同时保证轮胎能够硫化完成。温度过高会导致胶料产生焦烧，减少发泡橡胶的气孔率。
不同的硫化工艺对轮胎空腔共鸣噪音性能影响如表3所示。
硫化工艺 空腔共鸣噪音峰值频率（Hz） 空腔共鸣噪音峰值（dB）
173℃硫化 211 17.3
160℃硫化 211 15.2
表3
（4）轮胎打磨：橡胶组合物在跟随轮胎硫化完之后需要打磨橡胶组合物的表皮，使其气孔露出；方法1：采用磨砂轮手动进行打磨，打磨完成后需用气枪清扫轮胎，耗时长；方法2：刀片切割装置进行打磨同时吸走杂物。
轮胎的测试：轮胎制造完成后，将轮胎内部的已完成硫化的橡胶组合物割取一块平整胶片，然后使用光学显微镜或者扫描电子显微镜观察橡胶内部的气孔形貌，并通过计算气孔面积占总面积的百分比得出气孔率。其测试结果列于表4中。
橡胶组合物 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
气孔形貌 无气孔 气孔过大，不均匀 均匀闭孔 部分闭孔部分通孔 均匀通孔 均匀通孔 均匀通孔 均匀通孔 均匀通孔
气孔率 0 / 10% / 50% 55% 80% 60% 70%
表4
对轮胎空腔共鸣噪音性能进行实车测试，结果列于表5中。
橡胶组合物 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
空腔共鸣音降低值 dB 1.28 2.03 1.83 2.11 2.49 2.75 3.56 2.93 3.27
表5
将表1各实施例中的橡胶组合物根据表2的轮胎制造方式，所得的橡胶组合物能达到至少50%的气孔率，且气孔之间互相贯穿，有利于声波的吸收，从而实现空腔共鸣音大幅降低的技术效果；成功解决了行业内需要在硫化轮胎之后额外贴合降噪器件的工艺复杂度问题，以及可能存在的降噪器件贴合不够持久稳固的问题，降低了工艺复杂度，保证了持久的降噪效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种橡胶组合物用于降低轮胎空腔共鸣音的应用方法，其特征在于，按重量份数包括：二烯类橡胶100份，填充剂10～30份，增塑剂2～8份，氧化锌1～5份，硬脂酸1～3份，防老剂2～6份，化学发泡剂10～30份，硫磺1～3份，促进剂0.5～1.5份；其中所述二烯类橡胶选用天然橡胶和丁二烯橡胶的并用体系，其中天然橡胶和丁二烯橡胶并用的重量比例为天然橡胶：丁二烯橡胶在3：7～7：3的范围；
所述橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）将二烯类橡胶、填充剂、氧化锌、硬脂酸和防老剂一起投入到密炼机中，控制转速20～60rpm，混炼1～2min，待温度上升至120℃～130℃时加入增塑剂，继续混炼至混炼温度达155℃排胶，得到M1段母炼胶，冷却待用；
（2）将冷却后的M1段母炼胶与硫磺、促进剂和化学发泡剂一起加入密炼机中，转速15～30rpm，混炼至温度达到100℃排胶，冷却，得到橡胶组合物；
将所述的橡胶组合物，在轮胎成型时贴放在轮胎内衬层内，之后对轮胎进行160℃的低温硫化；在保证轮胎除所述橡胶组合物的其他部分完成硫化的同时，使橡胶组合物形成气孔率50%以上的均匀通孔。
2.根据权利要求1所述橡胶组合物用于降低轮胎空腔共鸣音的应用方法，其特征在于：所述填充剂选用炭黑、白炭黑、陶土、碳酸钙中的至少一种。
3.根据权利要求1所述橡胶组合物用于降低轮胎空腔共鸣音的应用方法，其特征在于：所述增塑剂选用环保芳烃油、环烷油、植物基油中的的至少一种。
4.根据权利要求1所述橡胶组合物用于降低轮胎空腔共鸣音的应用方法，其特征在于：所述防老剂选自防老剂RD、防老剂4010NA、防老剂DTPD、防老剂6PPD中的至少一种。
5.根据权利要求1所述橡胶组合物用于降低轮胎空腔共鸣音的应用方法，其特征在于：所述化学发泡剂选自偶氮二甲酰胺、N,N′-二亚硝基五次甲基四胺、4,4′-氧代双苯磺酰肼中的至少一种。
6.根据权利要求1所述橡胶组合物用于降低轮胎空腔共鸣音的应用方法，其特征在于：所述促进剂选自次磺酰胺类、秋兰姆类中的至少一种；次磺酰胺类包括N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、2-（4-吗啉硫代）苯并噻唑、N,N-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺中的至少一种；秋兰姆类包括二硫化四苄基秋兰姆。
7.根据权利要求1所述橡胶组合物用于降低轮胎空腔共鸣音的应用方法，其特征在于：所述均匀通孔的气孔率为50%～80%。
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