CN113788992B - 一种白炭黑补强的胎侧胶料及其混炼方法和轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明属于子午线轮胎新材料技术领域，尤其涉及涉及一种白炭黑补强的胎侧胶料及其混炼方法和轮胎。一种白炭黑补强的胎侧胶料，该胎侧胶料按橡胶组份为100重量份计，由包括以下原材料混炼而成：天然橡胶30.0~50.0份；低顺式聚丁二烯橡胶20.0~70.0份；镍系聚丁二烯橡胶0.0~40.0份；白炭黑40.0~60.0份；炭黑0.0~10.0份；聚乙二醇1.0~4.0份。通过上述技术方案，使该白炭黑补强的胎侧胶料，能与常规炭黑补强胎侧类似的使用性能，曲挠性能可保证58万次无裂口，硬度在54~60之间，满足轮胎使用要求，但60℃tanδ可低至0.12，制造的轮胎滚阻更低。
Description
技术领域
本发明属于子午线轮胎新材料技术领域，尤其涉及涉及一种白炭黑补强的胎侧胶料及其混炼方法和轮胎。
背景技术
随着节油环保理念的推广，低滚阻轮胎是现今轮胎研发领域的重中之重。降低轮胎滚阻，主要就是降低胶料的滞后损失，通常用60℃tanδ值进行表征，越低则表明滚阻越低。轮胎胎面胶料是汽车形驶过程中唯一与路面接触的地方，大部分轮胎企业降低滚阻都是针对胎面配方进行优化，但根据仿真计算，胎面部件仅占滚阻贡献的36％，其余均为其他部件的影响。其中胎侧胶料在汽车形驶过程中，曲挠变形大，生热高，对轮胎的滚阻贡献能达14％，因此低生热的胎侧胶料开发也越来越被重视。
胎侧胶料因其特殊的高曲挠、低硬度设计需求，一直都是以天然橡胶与镍系聚丁二烯橡胶并用，填充炭黑的设计。白炭黑用在彩色橡胶制品中以替代炭黑进行补强，满足白色或半透明产品的需要。白炭黑同时具有超强的粘附力、抗撕裂及耐热抗老化性能，所以在黑色橡胶制品中亦可替代部分炭黑，白炭黑这样的非石油资源因其能降低轮胎滚动阻力、节约汽车燃料消耗等特点，在轮胎领域越来越受到重视，但由于白炭黑较强的表面极性，使其在橡胶基体中的分散变得异常困难，因而应用受到了一定的限制。
现有技术中白炭黑通过添加硅烷偶联剂等来提高分散性，而等是含硫化合物，在高温混炼过程中，对工艺控制要求较高，控制不当其有可能引起焦烧，进而会影响到复合材料的整体性能。
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白炭黑补强的胎侧胶料，该胶料改变了这种传统胎侧配方的设计理念，采用白炭黑补强，并引入更低生热的低顺式聚丁二烯橡胶；同时摒弃常规的硅烷偶联剂+白炭黑的设计体系，而是利用聚乙二醇的亲水性来提高白炭黑的分散，防止白炭黑絮凝。不仅能满足轮胎使用要求，其60℃tanδ更可低至0.12，极大的减少生热，为低滚阻轮胎的研发提供一个新的方案。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种白炭黑补强的胎侧胶料，该胎侧胶料按橡胶组份为100重量份计，由包括以下原材料混炼而成：
作为优选，该胎侧胶料按橡胶组份为100重量份计，由包括以下原材料混炼而成：
作为优选，所述的聚乙二醇的平均分子量为2000-6000。
作为优选，所述的低顺式聚丁二烯为锂系聚丁二烯橡胶，顺式含量为30％～40％。锂系聚丁二烯橡胶比普通镍系聚丁二烯橡胶具有更高的模量、更低的生热。
作为优选，所述的白炭黑的氮吸附比表面积BET在120m2/g以下。本发明采用低比表面积的白炭黑进行补强，其粒径小，生热低。
作为优选，所述的炭黑为平均粒径大于等于40nm的通用炭黑或者快压出炭黑。
作为优选，该胎侧胶料还包含氧化锌2.0～3.0份，硬脂酸1.5～2.5份，橡胶防老剂4.0～7.5份，防护蜡1.5～3.0份，超粘树脂1.5～3.0份，增塑树脂2.0～5.0份，硫磺1.2～2.0份，促进剂NS 0.5～1.5份。
进一步，本发明还公开了一种白炭黑补强的胎侧胶料的混炼方法，该方法先将天然橡胶、低顺式聚丁二烯橡胶、镍系聚丁二烯橡胶、白炭黑、炭黑、氧化锌、硬脂酸、橡胶防老剂、防护蜡、超粘树脂、增塑树脂加入密炼机中混炼形成母炼胶；将母炼胶与硫磺、促进剂NS加入密炼机再次混炼形成终炼胶。
作为优选，该方法包括以下的步骤：
一、母炼胶工艺，控制密炼机转子转速50～60rpm，上顶栓压力4.8bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：
1.1)加入天然橡胶、低顺式聚丁二烯橡胶、镍系聚丁二烯橡胶、白炭黑、炭黑、氧化锌、硬脂酸、橡胶防老剂、防护蜡、超粘树脂、增塑树脂，压上顶栓保持50s；
1.2)升上顶栓，保持5s；
1.3)压上顶栓，混炼至150～155℃；
1.4)升上顶栓，排胶；
二、终炼胶工艺：终炼胶工艺，控制密炼机转子转速20～25rpm，上顶栓压力4.2bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：
2.1)加入母炼胶、硫磺、促进剂NS，压上顶栓保持20s；
2.2)升上顶栓，保持5s；
2.3)压上顶栓，保持20s；
2.4)升上顶栓，保持5s；
2.5)压上顶栓，混炼至100～105℃；
2.6)升上顶栓，排胶。
进一步，本发明还公开了一种轮胎，该轮胎的胎侧采用所述的胎侧胶料硫化制得。
本发明由于采用了上述的技术方案，白炭黑补强的胎侧胶料采用低比表面积的白炭黑进行补强，其粒径小，生热低，同时摒弃常规的硅烷偶联剂+白炭黑的设计体系，而是利用聚乙二醇的亲水性来提高白炭黑的分散，防止白炭黑絮凝，并且可以规避白炭黑配方混炼时因硅烷偶联剂超温带来的焦烧问题；另一方面，采用锂系低顺式聚丁二烯橡胶与天然橡胶并用，少用甚至不用镍系聚丁二烯橡胶，因为锂系聚丁二烯橡胶比普通镍系聚丁二烯橡胶具有更高的模量、更低的生热。通过上述技术方案，使该白炭黑补强的胎侧胶料，能与常规炭黑补强胎侧类似的使用性能，曲挠性能可保证58万次无裂口，硬度在54～60之间，满足轮胎使用要求，但60℃tanδ可低至0.12，制造的轮胎滚阻更低。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整的描述，进而进一步解释发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。给予本发明中的实施例，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。
对比例与实施例1到4，具体如表1所示。
表1脚注如下：
*1：天然橡胶SVR3L，越南产品
*2：镍系聚丁二烯橡胶BR9000，中石油大庆石化产品
*3：锂系低顺式聚丁二烯橡胶BR1250H，瑞翁株式会社产品
*4：白炭黑1085MP，索尔维化工产品，BET＝85m2/g
*5：炭黑A，N330，卡博特产品
*6：炭黑B，N550，卡博特产品，粒径≈40nm
*7：聚乙二醇PEG4000，无锡东材科技产品
*8：氧化锌，石家庄志亿锌业产品
*9：硬脂酸，杭州油脂化工产品
*10：防老剂6PPD，圣奥化学科技产品
*11：防老剂RD，山东尚舜化工产品
*12：防老剂3100，宜兴聚金信化工产品
*13：防护蜡1987，百瑞美产品
*14：超粘树脂KORESIN，巴斯夫产品
*15：增塑树脂SL-6801，华奇化工产品
*16：10％充油硫磺粉，无锡华盛产品
*17：促进剂NS，科迈化工产品
上述配方的制备工艺如下：
一、母炼胶工艺，控制密炼机转子转速50～60rpm，上顶栓压力4.8bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：
①加入天然橡胶、低顺式聚丁二烯橡胶、镍系聚丁二烯橡胶、白炭黑、炭黑、氧化锌、硬脂酸、橡胶防老剂、防护蜡、超粘树脂、增塑树脂，压上顶栓保持50s
②升上顶栓，保持5s
③压上顶栓，混炼至150～155℃
④升上顶栓，排胶
二、终炼胶工艺：终炼胶工艺，控制密炼机转子转速20～25rpm，上顶栓压力4.2bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：
①加入母炼胶、硫磺、促进剂NS，压上顶栓保持20s
②升上顶栓，保持5s
③压上顶栓，保持20s
④升上顶栓，保持5s
⑤压上顶栓，混炼至100～105℃
⑥升上顶栓，排胶
将终炼得到的胶料在预先准备的模具中进行硫化，硫化的条件为160℃×15min，压力为15MPa，然后使用以下所示的测试方法对其测定硫化橡胶的各项性能，测定结果如表2所示。
硬度：基于GB/T 531.1-2008测定室温下的硬度。结果如表2中所示，该值越大，硬度越高。
300％模量和拉伸强度、拉断伸长率：基于GB/T 528-2009测定的300％伸长的应力显示“300％模量”。此外，相同的测试期间断裂时的负载显示为“拉伸强度”，断裂时的伸长率显示为“拉断伸长率”。每一项都如表2所示，该值越大，增强性越高。
动态性能：动态力学分析仪(DMA)为VR-7120型动态热机械分析仪(日本UESHIMA公司制造)用于测定硫化橡胶的动态性能，测试条件为：拉伸模式；频率，12Hz；静应变7％，动应变0.25％；温升，2℃/min。结果如表2中所示。轮胎行业以60℃下的tanδ值表征硫化橡胶的滚动阻力，该值越低，滚动阻力越低。
表2性能数据
从对比例与实施例1、2、4相比较，总填充份数相同时，白炭黑补强的胎侧胶料，硬度相差不是很明显，其300％定伸、拉伸强度有所下降，但伸长率更高，说明白炭黑补强性较纯炭黑补强略有下降。从曲折裂口性能测试结果，对比例、实施例均能满足要求。从60℃tanδ值来看，采用白炭黑补强的胎侧胶料，生热都有不同程度下降。
对比实施例1和实施例2、4，实施例1的300％定伸、拉伸强度都更高，说明锂系低顺式聚丁二烯橡胶的模量更高，60℃tanδ值更低，表明其生热更低，能提供更好的滚阻性能。
对比实施例1和实施例3，实施例3的补强性有进一步的降低，但硬度、曲折裂口、生热性都仍能满足使用需求。
从以上对比例、实施例的结果综合来看，白炭黑补强的胎侧胶料，辅以使用低顺式聚丁二烯，能提供较好的补强性能，硬度、曲折裂口能满足轮胎使用要求，且生热比常规炭黑补强胎侧胶料可低50％以上，在低滚阻轮胎的开发上有较大的应用前景。
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 (5)
1.一种白炭黑补强的胎侧胶料，其特征在于，该胎侧胶料按橡胶组份为100重量份计，由以下原材料混炼而成：
天然橡胶 30.0~50.0份
低顺式聚丁二烯橡胶 20.0~70.0份
镍系聚丁二烯橡胶 0.0~40.0份
白炭黑 40.0~60.0份
炭黑 0.0~10.0份
聚乙二醇 1.0~4.0份；
氧化锌2.0~3.0份，硬脂酸1.5~2.5份，橡胶防老剂4.0~7.5份，防护蜡1.5~3.0份，超粘树脂1.5~3.0份，增塑树脂2.0~5.0份，硫磺1.2~2.0份，促进剂NS 0.5 ~1.5份；所述的白炭黑的氮吸附比表面积BET在120m2/g以下；所述的炭黑为平均粒径大于等于40nm的通用炭黑或者快压出炭黑。
2.根据权利要求1所述的一种白炭黑补强的胎侧胶料，其特征在于，该胎侧胶料按橡胶组份为100重量份计，由包括以下原材料混炼而成：
天然橡胶 30.0~50.0份
低顺式聚丁二烯橡胶 30.0~60.0份
镍系聚丁二烯橡胶 10.0~30.0份
白炭黑 45.0~55.0份
炭黑 0.0~10.0份
聚乙二醇 2.0~3.0份。
3.根据权利要求1或2所述的一种白炭黑补强的胎侧胶料，其特征在于，所述的聚乙二醇的平均分子量为2000-6000。
4.根据权利要求1或2所述的一种白炭黑补强的胎侧胶料，其特征在于，所述的低顺式聚丁二烯为锂系聚丁二烯橡胶，顺式含量为30%~40%。
5.一种轮胎，其特征在于，该轮胎的胎侧采用权利要求1-4任意一项权利要求所述的胎侧胶料硫化制得。
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