CN113896965A - 一种白炭黑填充胎面橡胶组合物、混炼方法和耐磨轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明属于橡胶轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种白炭黑填充胎面橡胶组合物及其混炼方法和采用该胎面橡胶组合物的耐磨轮胎。一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，该橡胶组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：橡胶体系由以纯橡胶计乳聚丁苯橡胶+溶聚丁苯橡胶+聚丁二烯橡胶共计100重量份构成，白炭黑组分70.0‑80.0重量份，炭黑组分10‑20重量份。本发明橡胶组合物，既含有与炭黑配方媲美的耐磨性能，同时在动态性能方面具有更好的表现。使用此橡胶组合物制备的轮胎，在保证轮胎行驶里程的同时，具有更加优异的湿抓性能及燃油经济性。
Description
技术领域
本发明属于橡胶轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种白炭黑填充胎面橡胶组合物及其混炼方法和采用该胎面橡胶组合物的耐磨轮胎。
背景技术
炭黑作为补强材料，主要应用于橡胶的增强，改善橡胶的定伸应力、拉伸强度、抗撕裂性能等，并以此来提高橡胶的耐磨性能。传统的耐磨轮胎的胎面配方，均采用炭黑进行补强，经过多年的研究及优化，已经在轮胎里程方面有了极好的表现。
随着，“绿色轮胎”概念的提出，白炭黑因为可以更好的平衡湿抓及滚动阻力的特性，越来越受到轮胎企业的追捧。特别是在炭排放逐步被关注、被重视的今天，越来越多的配方研究人员使用白炭黑补强体系开发配方。
中国发明专利申请(公开号：CN111499944A，公开日：20200807)公开了一种轮胎胎面胶，该轮胎胎面胶采用溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶以及顺丁橡胶三者并用的生胶体系，全白炭黑的高填充填料体系，以及抗湿滑树脂与普通碳氢树脂并用的高树脂体系，再与操作油、防老剂、活性剂、促进剂和硫化剂共同作用，使得轮胎胎面胶既能满足冬季冰雪地抓地性能，又具有良好的夏季干湿地抓地性能。
中国发明专利申请(公开号：CN109942920A，公开日：20190628)公开了一种超高抓地力轮胎胎面橡胶组合物，包括以下重量份数的各组分：充油溶聚丁苯橡胶0-20份；充油乳聚丁苯橡胶95-115份；天然胶10-25份；顺丁胶0-15份；高结构炭黑45-55份；白炭黑45-60份；芳烃油22-30份；均匀树脂1.5-3份；抗湿滑树脂20-25份；防老剂5-8份；活性剂7-8份硫磺：2-3份、促进剂3-4.5份；轮胎胎面橡胶组合物由以上各重量份的组分混炼制得。并将该轮胎胎面应用于轮胎上，该轮胎可同时兼顾干地抓地力和湿地抓地力，同时该轮轮胎胎面具有良好的平衡性能，拉伸强度高、硬度适度、磨损较低。
中国发明专利申请(公开号：CN112812391A，公开日：20210518)公开了一种高抗湿滑轮胎胎面橡胶复合材料及其制备方法，复合材料由烯烃类橡胶、增塑剂、白炭黑、炭黑、硅烷偶联剂、氧化锌、硬脂酸、硫磺、防老剂、促进剂制备而成，其中烯烃类橡胶由天然橡胶、溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶、顺丁橡胶和高支化丁戊橡胶混合而成。橡胶复合材料通过引入铁系催化剂配位聚合而成的高支化丁戊橡胶，在降低滚动阻力的同时显著提升了轮胎的抗湿滑性能，并且耐磨性能未受影响，该橡胶可应用于高性能高抗湿滑轮胎的制造。
上述的专利中虽然都公开了溶聚丁苯橡胶和乳聚丁苯橡胶的混合体系，但是体系的设计原理和白炭黑的用量均与本发明不同，本发明开发了一种白炭黑填充的橡胶组合物及其耐磨轮胎，采用此方法制备的橡胶组合物，既含有与炭黑配方媲美的耐磨性能，同时在动态性能方面具有更好的表现。使用此橡胶组合物制备的轮胎，在保证轮胎行驶里程的同时，具有更加优异的湿抓性能及燃油经济性。
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填充胎面橡胶组合物，具有优异的耐磨性能，使用此橡胶组合物制备的轮胎，具有媲美炭黑填充配方的耐磨性能，同时湿地抓地性能、滚动阻力性能更加优异。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，该橡胶组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：橡胶体系由以纯橡胶计乳聚丁苯橡胶+溶聚丁苯橡胶+聚丁二烯橡胶共计100重量份构成，白炭黑组分70.0-80.0重量份，炭黑组分10-20重量份；
其中：所述的溶聚丁苯橡胶纯胶质量份s≥25，所述的乳聚丁苯橡胶纯胶质量份e和聚丁二烯橡胶质量份b满足关系：e＞s＞b；
所述的溶聚丁苯橡胶中苯乙烯含量占聚合物的28％-32％，丁二烯含量占聚合物的35％-40％，溶聚丁苯橡胶填充30-45phr环保油，充油后的溶聚丁苯橡胶的玻璃化转变温度(Tg)在-22℃至-28℃之间。
作为优选，以纯橡胶计乳聚丁苯橡胶为40-60重量份，溶聚丁苯橡胶20--40重量份，聚丁二烯橡胶为10-30重量份。
作为再优选，以纯橡胶计乳聚丁苯橡胶为45-55重量份，溶聚丁苯橡胶25--35重量份，聚丁二烯橡胶为15-25重量份。
作为优选，所述的白炭黑为沉淀法白炭黑，选择氮吸附比表面积(NSA)在120-180m2/g之间的一种或多种。
作为优选，所述的炭黑为N134、N220、N234中的一种，再优选N134。
作为优选，所述的乳聚丁苯橡胶为SBR1723，聚丁二烯为高顺式聚丁二烯。
作为优选，原料还包括硅烷偶联剂、活性剂、增塑剂、防老剂、促进剂和硫化剂。
作为优选，原料还包括5.0-7.0重量份硅烷偶联剂，4.0-6.0重量份环保芳烃油，2.0-4.0重量份氧化锌，1.0-3.0重量份硬脂酸，1.0-2.0重量份防老剂TMQ，1.0-3.0重量份防老剂6PPD，1.0-2.0重量份微晶蜡，1.0-3.0重量份促进剂CZ，1.0-3.0重量份促进剂DPG，1.0-2.5重量份硫磺。
进一步，本发明还公开了一种白炭黑填充胎面橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
一、采用啮合型密炼机进行混炼，控制密炼机转子速度40-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
1.1加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持10-20秒；
1.2升上顶栓，加入白炭黑、硅烷偶联剂、橡胶活性剂、橡胶防老剂，压上顶栓使胶料升温至100-110℃；
1.3升上顶栓，加入增塑剂，保持6-10秒；
1.4压上顶栓使胶料升温至140-150℃，恒温保持50-70秒；
1.5升上顶栓，排胶压片；
二、采用切线型密炼机进行终炼加硫，控制密炼机转子速度15-30rpm，控制上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
2.1加入混炼好的母胶，加入硫化剂、促进剂；
2.2压上顶栓使胶料升温至70-80℃；
2.3升上顶栓，保持6-10秒；
2.4压上顶栓使胶料升温至85-95℃；
2.5升上顶栓，保持6-8秒；
2.6压上顶栓使胶料升温至95-105℃，排胶压片。
进一步，本发明还公开了一种耐磨轮胎，耐磨轮胎的胎面胶采用所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物进行加工、硫化制得。
采用本技术方案的有益效果是：本发明未采用传统耐磨胎面配方的炭黑填充体系，而是以白炭黑填充为主，同时确保填充量大于70phr，保证耐磨性能及湿抓性能。橡胶体系选择了三胶并用，以乳聚丁苯橡胶为主体，确保优异的加工性能及良好的白炭黑分散，以此降低生热、优化磨耗；辅以中苯乙烯含量的溶聚丁苯橡胶，此橡胶具有优异的物理性能，同时耐磨性能远优于乳聚丁苯橡胶，并且更易于分散白炭黑，可以更好的优化及平衡胶料性能；聚丁二烯橡胶具有极其优异的耐磨性能，但湿抓性能极差，因此本发明中并入少量的聚丁二烯橡胶，减少对硫化胶湿抓性能影响的同时，改善耐磨性能。
综上，本发明橡胶组合物，既含有与炭黑配方媲美的耐磨性能，同时在动态性能方面具有更好的表现。使用此橡胶组合物制备的轮胎，在保证轮胎行驶里程的同时，具有更加优异的湿抓性能及燃油经济性。
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，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。
参比例
原材料组成：61.875份乳聚丁苯橡胶A，37.0份乳聚丁苯橡胶B，18.0份聚丁二烯橡胶，60份N234炭黑，4.0份环保芳烃油，2.5份氧化锌，1.0份硬脂酸，0.5份防老剂TMQ，1.2份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.0份促进剂CZ，0.5份促进剂DPG，1.7份硫磺。
其中，乳聚丁苯橡胶A，SBR 1723，申华化学工业有限公司产品；乳聚丁苯橡胶B，SBR1500，申华化学工业有限公司产品；聚丁二烯橡胶，BR9000，中石油大庆石化分公司产品；炭黑，N234，卡博特(中国)投资有限公司产品；其余产品皆为市售。
对比例
原材料组成：61.875份乳聚丁苯橡胶A，37.0份乳聚丁苯橡胶B，18.0份聚丁二烯橡胶，60份白炭黑，4.8份硅烷偶联剂，4.0份环保芳烃油，2.5份氧化锌，1.0份硬脂酸，0.5份防老剂TMQ，1.2份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.0份促进剂CZ，0.5份促进剂DPG，1.7份硫磺。
其中，乳聚丁苯橡胶A，SBR 1723，申华化学工业有限公司产品；乳聚丁苯橡胶B，SBR1500，申华化学工业有限公司产品；聚丁二烯橡胶，BR9000，中石油大庆石化分公司产品；白炭黑，1165MP，索尔维公司产品；其余产品皆为市售。
实施例1
原材料组成：68.75份乳聚丁苯橡胶A，41.25份溶聚丁苯橡胶，20.0份聚丁二烯橡胶，75.0份白炭黑，15.0份N220炭黑，6.0份硅烷偶联剂，5.0份环保芳烃油，3.0份氧化锌，2.0份硬脂酸，1.5份防老剂TMQ，2.0份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.8份促进剂CZ，1.7份促进剂DPG，1.5份硫磺。
其中，乳聚丁苯橡胶A，SBR 1723，申华化学工业有限公司产品；溶聚丁苯橡胶，HP776(苯乙烯含量31％，乙烯基含量37.26％，充油37.5phr，Tg-25℃)，JSR公司产品；聚丁二烯橡胶，BR9000，中石油大庆石化分公司产品；白炭黑，1165MP，索尔维公司产品；炭黑，N220，卡博特(中国)投资有限公司产品；其余产品皆为市售。
实施例2
原材料组成：68.75份乳聚丁苯橡胶A，41.25份溶聚丁苯橡胶，20.0份聚丁二烯橡胶，75.0份白炭黑，15.0份N234炭黑，6.0份硅烷偶联剂，5.0份环保芳烃油，3.0份氧化锌，2.0份硬脂酸，1.5份防老剂TMQ，2.0份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.8份促进剂CZ，1.7份促进剂DPG，1.5份硫磺。
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实施例3
原材料组成：68.75份乳聚丁苯橡胶A，41.25份溶聚丁苯橡胶，20.0份聚丁二烯橡胶，75.0份白炭黑，15.0份N134炭黑，6.0份硅烷偶联剂，5.0份环保芳烃油，3.0份氧化锌，2.0份硬脂酸，1.5份防老剂TMQ，2.0份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.8份促进剂CZ，1.7份促进剂DPG，1.5份硫磺。
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由参比例、对比例、实施例获得的橡胶组合物相关性能参数见表1。表1中各项性能皆以参比例性能为100％对实施例数据进行处理。
采用三种不同的磨耗试验机测试表征耐磨性能，数值越高，磨耗量越小，耐磨性能越佳。采用DMA测试的方法表征橡胶组合物的动态粘弹性能，以0℃下tanδ表征橡胶组合物的湿地抓地性能，数值越高，tanδ越高，湿抓性能越佳；以60℃下tanδ表征橡胶组合物的生热性能，数值越高，tanδ越低，生热越低。
表1参比例与实施例胶料相关性能参数
对比参比例，使用性能最佳的实施例Ⅳ的橡胶组合物进行胎面压出并试制轮胎，同时对轮胎进行湿抓、滚阻、磨耗测试，测试结果见表2。滚动阻力数值越低，生热越低，滚动阻力越佳；R117湿地制动力性能指数越高，湿地抓地性能越佳；实车磨耗里程预测公里数越大，耐磨性能越佳。
表2参比例与实施例轮胎相关性能参数
| 参比例 | 实施例3 | |
| 滚动阻力 | 9.4926(轮胎7.48kg) | 8.9665(轮胎7.52kg) |
| R117湿地制动力性能指数 | 1.29 | 1.41 |
| 实车磨耗里程预测 | 14.45万公里 | 14.62万公里 |
上述胶料及轮胎的测试结果可以说明，一种白炭黑填充橡胶组合物及其轮胎，具有可以媲美炭黑填充橡胶组合物及其轮胎的耐磨性能，同时在湿抓及滚阻方面具有更加优异的表现。
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)
1.一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：橡胶体系由以纯橡胶计乳聚丁苯橡胶+溶聚丁苯橡胶+聚丁二烯橡胶共计100重量份构成，白炭黑组分70.0-80.0重量份，炭黑组分10-20重量份；
其中：所述的溶聚丁苯橡胶纯胶质量份s≥25，所述的乳聚丁苯橡胶纯胶质量份e和聚丁二烯橡胶质量份b满足关系：e＞s＞b；
所述的溶聚丁苯橡胶中苯乙烯含量占聚合物的28%-32%，丁二烯含量占聚合物的35%-40%，溶聚丁苯橡胶填充30-45 phr环保油，充油后的溶聚丁苯橡胶的玻璃化转变温度（Tg）在-22℃至-28℃之间。
2.根据权利要求1所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，其特征在于，以纯橡胶计乳聚丁苯橡胶为40-60重量份，溶聚丁苯橡胶20--40重量份，聚丁二烯橡胶为10-30重量份。
3.根据权利要求2所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，其特征在于，以纯橡胶计乳聚丁苯橡胶为45-55重量份，溶聚丁苯橡胶25--35重量份，聚丁二烯橡胶为15-25重量份。
4.根据权利要求1所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，其特征在于，所述的白炭黑为沉淀法白炭黑，选择氮吸附比表面积（NSA）在120-180 m2/g之间的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，其特征在于，所述的炭黑为N134、N220、N234中的一种，优选N134。
6.根据权利要求1所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，其特征在于，所述的乳聚丁苯橡胶为 SBR1723，聚丁二烯为高顺式聚丁二烯。
7.根据权利要求1所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，其特征在于，原料还包括硅烷偶联剂、活性剂、增塑剂、防老剂、促进剂和硫化剂。
8.根据权利要求7所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物，其特征在于，原料还包括5.0-7.0重量份硅烷偶联剂，4.0-6.0重量份环保芳烃油，2.0-4.0重量份氧化锌，1.0-3.0重量份硬脂酸，1.0-2.0重量份防老剂TMQ，1.0-3.0重量份防老剂6PPD，1.0-2.0重量份微晶蜡，1.0-3.0重量份促进剂CZ，1.0-3.0重量份促进剂DPG，1.0-2.5重量份硫磺。
9.权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物的混炼方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
一、采用啮合型密炼机进行混炼，控制密炼机转子速度40-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
1.1 加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持10-20秒；
1.2 升上顶栓，加入白炭黑、硅烷偶联剂、橡胶活性剂、橡胶防老剂，压上顶栓使胶料升温至100-110℃；
1.3 升上顶栓，加入增塑剂，保持6-10秒；
1.4 压上顶栓使胶料升温至140-150℃，恒温保持50-70秒；
1.5升上顶栓，排胶压片；
二、采用切线型密炼机进行终炼加硫，控制密炼机转子速度15-30rpm，控制上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
2.1 加入混炼好的母胶，加入硫化剂、促进剂；
2.2压上顶栓使胶料升温至70-80℃；
2.3升上顶栓，保持6-10秒；
2.4 压上顶栓使胶料升温至85-95℃；
2.5升上顶栓，保持6-8秒；
2.6压上顶栓使胶料升温至95-105℃，排胶压片。
10.一种耐磨轮胎，其特征在于，耐磨轮胎的胎面胶采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种白炭黑填充胎面橡胶组合物进行加工、硫化制得。
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