CN113831611A - 一种胎面橡胶组合物及其制备方法、载重子午线轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种胎面橡胶组合物及其制备方法、载重子午线轮胎，属于轮胎加工领域，能够解决全钢载重子午线轮胎在耐磨性、低滞后损失等相关性能方面不佳的问题。本发明胎面橡胶组合物，按照质量份计包括下列组分：基体橡胶100份，炭黑20‑30份，白炭黑20‑30份，硅烷偶联剂2‑4份，防老剂3‑5份，活性剂4‑7份，硫化剂1‑3份，促进剂3‑5份。本发明胎面橡胶组合物具有更高的耐磨性能、低的滞后损失，较低的生热，能够应用于载重子午线轮胎，使其具有高耐磨低滞后性能。
Description
技术领域
本发明属于轮胎加工领域，尤其涉及一种胎面橡胶组合物及其制备方法、载重子午线轮胎。
背景技术
近年来，随着我国高速公路的建设和汽车工业的快速发展，人们对轮胎性能的要求也越来越高，尤其是高性能子午线轮胎、超高性能子午线轮胎的需求比例随之显著提高。自2012年开始，欧盟、美国出台了轮胎必须遵循的一些具体要求，高抗湿滑性、低滚动阻力、低噪音、低磨耗、低滞后损失，这些要求也给国内高性能全钢载重子午线轮胎的发展带来了较大的挑战。
目前全钢载重子午线轮胎应用非常广泛，但是市面上现有的全钢载重子午线轮胎在耐磨性、低滞后损失等相关性能方面欠佳，加之国内各主机厂也提出了在保证耐磨耐切割基础上降低轮胎的滚动阻力，因此提供一款高耐磨低滞后损失的高性能轮胎成为本领域技术人员所重视的问题。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述问题，提出一种具有高耐磨低滞后损失的胎面橡胶组合物及其制备方法、载重子午线轮胎。
为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种胎面橡胶组合物，采用的技术方案为：
一种胎面橡胶组合物，以质量份数计，包括下列组分：基体橡胶100份，炭黑20-30份，白炭黑20-30份，硅烷偶联剂2-4份，防老剂3-5份，活性剂4-7份，硫化剂1-3份，促进剂3-5份。
进一步，基体橡胶包括烟片胶40-55份、稀土顺丁胶15-25份和反式聚环戊烯橡胶25-35份，稀土顺丁胶为高线性的钕系顺丁胶CB22。
再进一步，烟片胶、稀土顺丁胶、反式聚环戊烯橡胶的质量份数比为5：2：3。
再进一步，炭黑为MH169炭黑，白炭黑为微珠白炭黑。
再进一步，硅烷偶联剂为新型硅烷偶联剂IMLV；促进剂为次磺酰胺类促进剂TBBS和胍类促进剂DPG；防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及双峰防护蜡的混合物；活性剂为氧化锌和硬脂酸，氧化锌为2-4份；硫化剂为普通硫磺和多功能交联剂，多功能交联剂为1，6双(N,N-二苄基硫代氨基甲酰二硫化)己烷。
本发明另一方面提供了一种上述技术方案所述的胎面橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
1)按所述原料质量份数分别准备各原料；
2)在第一密炼机中加入烟片胶和反式聚环戊烯橡胶，混炼后排胶，得到塑炼胶料；
3)塑炼胶料停放2h后与稀土顺丁胶一起投入串联式密炼机系统进行混炼，排胶，得到一段母炼胶；
4)一段母炼胶停放8h后，与硫化剂和促进剂一起加入第一密炼机中，混炼后排胶，完成终炼胶的制备，得到胎面橡胶组合物。
进一步，步骤2)中混炼时间为90-120秒，排胶温度为155-165℃。
进一步，步骤3)中串联式密炼机系统包括第二密炼机和第三密炼机，先在第二密炼机中加入塑炼胶料、稀土顺丁胶、炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、防老剂、活性剂，混炼1.5-2.5min后在135-150℃时恒温混炼10-20秒，排胶至第三密炼机进行再次混炼1-2min，然后排胶至下辅机进行补充混炼，排胶，排胶温度为155℃。
进一步，步骤4)中混炼时间为2-3min，排胶温度为100-110℃。
相应的，本发明还提供了一种轮胎，包括行驶时与地面接触的胎面，胎面由上述的胎面橡胶组合物制备得到，DIN磨耗指数＞250。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
(1)本发明提供一种胎面橡胶组合物及其制备方法，该胎面胶组合物具有更高的耐磨性能、低的滞后损失及较低的生热。
(2)本发明胎面橡胶组合物原料中基体橡胶采用耐磨生胶体系，包括烟片胶、稀土顺丁胶和反式聚环戊烯橡胶(TPR)，通过烟片胶，高线性稀土顺丁橡胶CB22以及反式聚环戊烯橡胶(TPR)并用，提高组合物的耐磨性能，大大降低橡胶组合物的滞后损失，降低滚动阻力。
(3)本发明胎面橡胶组合物中炭黑采用高耐磨低滞后的炭黑MH169，氮吸附值为135，能够提高耐磨性；白炭黑采用新型白炭黑微珠白炭黑，其具有高分散性且孔结构发达，能大幅增加与填料的接触面积，使用较小的用量就可以达到补强的效果。
(4)本发明胎面橡胶组合物中硅烷偶联剂为新型硅烷偶联剂IMLV，通过化学反应替换传统硅烷偶联剂1/3的乙氧基团，在降低滚动阻力的同时，减少VOC的排放，在降低滞后损失的同时实现减排。
(5)本发明胎面橡胶组合物制备方法中一段母炼胶的制备中采用串联式密炼机系统中制备，先在第二密炼机中恒温混炼，恒温混炼结束后接着进入第三密炼机进行补充混炼，使原材料在进一步分散的同时，免去了停放时间和停放场地，避免了由于使用胶料门尼粘度高，增加胶料混炼工程的不利因素，工艺简单可行，有利于工业化生产。
具体实施方式
下面将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。
本发明实施例提供了一种胎面橡胶组合物，尤其是一种高耐磨低滞后损失的胎面橡胶组合物，以质量份数计，包括下列组分：基体橡胶100份，炭黑20-30份，白炭黑20-30份，硅烷偶联剂2-4份，防老剂3-5份，活性剂4-7份，硫化剂1-3份，促进剂3-5份，该胎面胶组合物具有更高的耐磨性能、低的滞后损失及较低的生热。
本发明实施例中基体橡胶采用耐磨生胶体系，包括烟片胶、稀土顺丁胶和反式聚环戊烯橡胶。其中，天然胶为40-55份，采用的是烟片胶，由于烟片胶具有很好的柔顺性、回弹性和耐磨性，其天然胶分子是由1-4-聚异戊二烯组成的，分子极其规整，是一种结晶性橡胶，本身具有自补强性，因此烟片胶具有非常高的机械强度；稀土顺丁橡胶为15-25份，采用的是高线性的钕系顺丁胶CB22，其玻璃化温度低，玻璃化转变温度为-96℃，具有良好的低温性能、耐疲劳性能、压缩疲劳生热低、优良的耐磨性能和低滞后性能；反式聚环戊烯橡胶(TPR)为25-35份，是以碳五馏分中的环戊烯为单体，其玻璃化温度(Tg)低(-90℃以下)，生胶强度大，具有高回弹性、耐疲劳性、低滞后性、滚动阻力低以及优异的耐磨性能。
本发明技术方案通过烟片胶，高线性稀土顺丁橡胶CB22以及反式聚环戊烯橡胶(TPR)并用，提高了橡胶组合物的耐磨性能，大大降低了橡胶组合物的滞后损失，降低了滚动阻力。
在一优选实施例中，烟片胶、稀土顺丁胶、反式聚环戊烯橡胶的质量份数比为5：2：3。
本发明实施例中采用的炭黑为具有高耐磨低滞后的炭黑MH169炭黑，其耐磨性与N134接近，滞后损失与N234接近，MH169炭黑的氮吸附值为135，能够在提高耐磨的同时，降低滚动阻力；白炭黑为新型白炭黑微珠白炭黑，具有高分散性的特点，能够大大提高白炭黑在混合物中的分散，同时由于新型白炭黑微珠白炭黑的孔结构发达，还能大幅增加与填料的接触面积，采用较小的用量就可以达到补强的效果，大大降低了炭黑及白炭黑用量，降低了滞后损失。
本发明实施例中采用的硅烷偶联剂为新型硅烷偶联剂IMLV，其通过化学反应替换传统硅烷偶联剂1/3的乙氧基团，在降低滚动阻力的同时，减少VOC的排放，在降低滞后损失的同时实现减排；促进剂为两种促进剂并用，分别为次磺酰胺类促进剂TBBS和胍类促进剂DPG，通过使用促进剂DPG来提高TBBS的硫化活性，加快了硫化速度。
本发明实施例中采用的防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及双峰防护蜡三者并用；所用活性剂包括间接法氧化锌和硬脂酸，其中，间接法氧化锌为2-4份，其余为硬脂酸；硫化剂为普通硫磺和多功能交联剂的混合物，其中，多功能交联剂为WY9188，即1，6双(N,N-二苄基硫代氨基甲酰二硫化)己烷。
本发明实施例通过烟片胶、稀土顺丁胶和反式聚环戊烯橡胶，MH169炭黑、微珠白炭黑和新型硅烷偶联剂IMLV等原料的添加，使其在原有材料的基础上，发挥各自的性能优势作用，使得胎面配方更加耐磨，滞后损失更低，生热更低，滚动阻力更小。
上述实施例的高耐磨低滞后损失的胎面橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
1)按所述原料质量份数分别准备各原料；
2)在第一密炼机中加入烟片胶和反式聚环戊烯橡胶，混炼后排胶，得到塑炼胶料；
3)塑炼胶料停放2h后与稀土顺丁胶一起投入串联式密炼机系统进行混炼，排胶，得到一段母炼胶；
4)一段母炼胶停放8h后，与硫化剂和促进剂一起加入第一密炼机中，混炼后排胶，完成终炼胶的制备，得到胎面橡胶组合物。
上述制备方法步骤2)中混炼时间为90-120秒，排胶温度为155-165℃，优选为160℃。
上述制备方法步骤3)中串联式密炼机系统包括第二密炼机和第三密炼机，先在第二密炼机中加入塑炼胶料、稀土顺丁胶、炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、防老剂、活性剂，混炼1.5-2.5min后在135-150℃时恒温混炼10-20秒，排胶至第三密炼机进行再次混炼1-2min，然后排胶至下辅机进行补充混炼，排胶，排胶温度为155℃。
在上述步骤中一段母炼胶的制备中采用串联式密炼机系统中制备，先在第二密炼机中恒温混炼，恒温混炼结束后接着进入第三密炼机进行补充混炼，在提高原材料分散的同时，免去了停放时间和停放场地，避免了由于使用胶料门尼粘度高，增加胶料混炼工程的不利因素，工艺简单可行，利于工业化生产。
上述制备方法步骤4)中混炼时间为2-3min，排胶温度为100-110℃，优选为105℃。
本发明上述胎面橡胶组合物具有高耐磨性能低滞后损失，由其制备的载重子午线轮胎胎面，DIN磨耗指数＞250，磨耗性能大大提高，增加了轮胎的行驶里程，降低了退赔率；滞后损失降低16％，生热降低5.7％。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的高耐磨低滞后损失的胎面橡胶组合物的制备方法，下面将结合具体实施例进行描述。
表1为实施例1-3和对比例1-4的原料配方
实施例1
本发明具有高耐磨低滞后损失性能的胎面橡胶组合物的制备方法按照如下步骤进行：
1)按所述表1中的原料质量份数分别准备各原料；
2)在第一密闭炼胶机中加入烟片胶和反式聚环戊烯橡胶，混炼，当温度达到160℃时开始排胶，得到塑炼胶料；
3)塑炼胶料停放2h后与稀土顺丁胶一起投入串联式密炼机系统进行混炼，先在第二密炼机中加入塑炼胶料、稀土顺丁胶、炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、防老剂、活性剂，混炼1.5-2.5min后，于148℃恒温混炼20秒，排胶至第三密闭炼胶机进行再次混炼1.5min，然后排胶至下辅机进行补充混炼，温度达到155℃时排胶，得到一段母炼胶；
4)一段母炼胶停放8h后，与硫化剂和促进剂一起加入第一密炼机中，混炼2-3min，排胶温度为105℃，完成终炼胶的制备，得到胎面橡胶组合物。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，实施例2中稀土顺丁胶为30份，反式聚环戊烯橡胶(TPR)为20份。
制备方法同实施例1。
实施例3
与实施例1的不同之处在于，实施例2中稀土顺丁胶为10份，反式聚环戊烯橡胶(TPR)为40份。
制备方法同实施例1。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，对比例1中采用的是炭黑N234。
制备方法同实施例1。
对比例2
与实施例1的不同之处在于，对比例2中采用的是普通的白炭黑。
制备方法同实施例1。
对比例3
与实施例1的不同之处在于，对比例3中采用的是液体硅烷偶联剂Si-69。制备方法同实施例1。
对比例4
与实施例1的不同之处在于，对比例4中基体橡胶未采用反式聚环戊烯橡胶(TPR)，仅采用烟片胶和稀土顺丁胶。
制备方法同实施例1。
性能测试：
将上述实施例1-3，对比例1-4制备得到的胎面橡胶组合物，用开炼机将其压成2.0mm厚的胶片，停放6h后制取相应试验样品。
按相应国家标准GB/T16584-1996《橡胶用无转子硫化仪测定硫化特性》、GB/T531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法(邵尔硬度)》、GB/T533-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶密度的测定》、GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》、GB/T529-2008《硫化橡胶和热塑性橡胶撕裂强度的测定》、GB/T1681-2009《硫化橡胶回弹性的测定》、GB/T9867-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶耐磨性能的测定(旋转辊筒式磨耗机法)》进行各项性能测试，具体性能测试结果见表2-表5。
表2为实施例1-3和对比例1-4所得到的胎面橡胶组合物的物理性能对比。
表3为将实施例1-3和对比例1-4所得到的胎面橡胶组合物在151℃条件下用蒸汽平板硫化机硫化30min，各项性能指标对比。
表4为将实施例1-3和对比例1-4所得到的胎面橡胶组合物在100℃条件下老化48h，各项性能指标对比。
表5为将实施例1-3和对比例1-4所得到的胎面橡胶组合物在-20℃-80℃温度扫描进行DMA检测。采用DMA扫描得到的滞后损失因子能够用来表征轮胎的滚动阻力和生热性，滞后损失因子越小滚动阻力越低，生热也越低。
| 测试参数 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 |
| 0℃Tanδ | 0.1339 | 0.1387 | 0.1412 | 0.1505 | 0.1445 | 0.1431 | 0.1451 |
| 60℃Tanδ | 0.0715 | 0.0734 | 0.0728 | 0.0739 | 0.0802 | 0.0865 | 0.0889 |
通过表2-5可以看出，实施例1制备得到的胎面橡胶组合物老化前后的耐磨耗性能最好，生热最低，滞后损失最低(60℃下tgδ)；实施例1-3制备得到的胎面橡胶组合物DIN磨耗指数大于250，均大于对比例1-4制备得到的胎面橡胶组合物DIN磨耗指数。与实施例2和实施例3相比，实施例1的反式聚环戊烯橡胶(TPR)所占比例最为合适，其所得的胎面橡胶组合物的耐磨耗性能最佳。
与对比例1相比，实施例1采用的是炭黑MH169，其所得到的胎面橡胶组合物其耐磨性明显优于对比例1得到的胎面橡胶组合物的耐磨性；与对比例2相比，实施例1采用的是新型白炭黑微珠白炭黑，其所得到的胎面橡胶组合物的滞后损失明显低于对比例2得到的胎面橡胶组合物的滞后损失；与对比例3相比，实施例1采用的是新型硅烷偶联剂IMLV，其所得到的胎面橡胶组合物的滞后损失明显低于对比例3得到的胎面橡胶组合物的滞后损失；与对比例4相比，实施例1采用的基体橡胶中包含反式聚环戊烯橡胶(TPR)，其所得到的胎面橡胶组合物的DIN磨耗指数大于对比例4得到的胎面橡胶组合物的DIN磨耗指数，100℃条件下老化48h后仍大于对比例4得到的胎面橡胶组合物的DIN磨耗指数，其耐磨性能明显优于对比例4得到的胎面橡胶组合物的耐磨性能。
Claims (10)
1.一种胎面橡胶组合物，其特征在于，以质量份数计，包括下列组分：基体橡胶100份，炭黑20-30份，白炭黑20-30份，硅烷偶联剂2-4份，防老剂3-5份，活性剂4-7份，硫化剂1-3份，促进剂3-5份。
2.根据权利要求1所述的胎面橡胶组合物，其特征在于，基体橡胶包括烟片胶40-55份、稀土顺丁胶15-25份和反式聚环戊烯橡胶25-35份，所述稀土顺丁胶为高线性的钕系顺丁胶CB22。
3.根据权利要求2所述的胎面橡胶组合物，其特征在于，烟片胶、稀土顺丁胶、反式聚环戊烯橡胶的质量份数比为5：2：3。
4.根据权利要求1所述的胎面橡胶组合物，其特征在于，炭黑为MH169炭黑，白炭黑为微珠白炭黑。
5.根据权利要求1所述的胎面橡胶组合物，其特征在于，硅烷偶联剂为新型硅烷偶联剂IMLV；促进剂为次磺酰胺类促进剂TBBS和胍类促进剂DPG；防老剂为对苯二胺类抗臭氧剂、喹啉类防老剂及双峰防护蜡的混合物；活性剂为氧化锌和硬脂酸，氧化锌质量份数为2-4份；硫化剂为普通硫磺和多功能交联剂，多功能交联剂为1，6双(N,N-二苄基硫代氨基甲酰二硫化)己烷。
6.一种如权利要求1-5任一项所述的胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按所述原料质量份数分别准备各原料；
2)在第一密炼机中加入烟片胶和反式聚环戊烯橡胶，混炼后排胶，得到塑炼胶料；
3)塑炼胶料停放2h后与稀土顺丁胶一起投入串联式密炼机系统进行混炼，排胶，得到一段母炼胶；
4)一段母炼胶停放8h后，与硫化剂和促进剂一起加入第一密炼机中，混炼后排胶，完成终炼胶的制备，得到胎面橡胶组合物。
7.根据权利要求6所述的胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，步骤2)中混炼时间为90-120秒，排胶温度为155-165℃。
8.根据权利要求6所述的胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，步骤3)中串联式密炼机系统包括第二密炼机和第三密炼机，先在第二密炼机中加入塑炼胶料、稀土顺丁胶、炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、防老剂、活性剂，混炼1.5-2.5min后在135-150℃时恒温混炼10-20秒，排胶至第三密炼机进行再次混炼1-2min，然后排胶至下辅机进行补充混炼，排胶，排胶温度为155℃。
9.根据权利要求6所述的胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，步骤4)中混炼时间为2-3min，排胶温度为100-110℃。
10.一种轮胎，包括行驶时与地面接触的胎面，其特征在于：胎面由权利要求1-9任一项所述的胎面橡胶组合物制备得到，DIN磨耗指数＞250。
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