CN113929960B - 一种用于降低轮胎噪音的下胎面胶料组合物及充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种用于降低轮胎噪音的下胎面胶料组合物及充气轮胎。该下胎面组合物由包含以下原料混炼制备得到：100重量份橡胶组分和1.0‑10.0重量份（a）发泡材料，以及（b）增强填料，其中组分（a）和（b）的总量为30到130重量份；所述的发泡材料由发泡母胶粒和多孔硅藻土构成，发泡母胶粒和多孔硅藻土的质量比为1:5~5:1；发泡母胶粒母胶粒采用三元乙丙橡胶，化学发泡剂采用发泡胶囊；多孔硅藻土为淡水藻类化石，扫描电镜所测粒径为5‑20um，氮吸附比表面积NSA为25‑40m2/g，pH值接近中性的带有孔状结构的柱状无机填料。采用该组合物作为为轮胎的下胎面部分，可以降低了轮胎噪音。

Description

一种用于降低轮胎噪音的下胎面胶料组合物及充气轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种用于降低轮胎噪音的下胎面胶料组合物及充气轮胎。
背景技术
近年来，随着是电动汽车的兴起，消费者对汽车使用舒适性提出了更高的要求，其中降低行驶时的轮胎噪声就是一项非常重要的指标。欧盟、日本、韩国、和中国在内的等国家和地区都陆续出台了与轮胎噪音相关的“轮胎标签法”。该法规要求，销往以上地区的轮胎的噪音，需满足最基本的准入要求。
随着汽车发动机噪声以及车身振动噪声得到了很好地控制，轮胎噪声在汽车噪声中占比进一步扩大。当车速超过80km/h时，轮胎噪声则成为汽车行驶噪声的主要成分。车速越快、负荷越大，轮胎噪声的能量级就越高，在汽车行驶噪声中所占比例也就越大。轮胎作为车辆与地面接触的唯一部件，其噪声辐射及振动特性直接影响汽车的乘坐舒适性和平稳。因此国内外各大汽车公司纷纷开展轮胎噪声方面的研究，对配套轮胎的噪声提出了更苛刻的要求。
目前，减低噪音方法很多，可以采用更改花纹样式或者使用相应的胎面配方等方，式来实现目的，但此类方式要么会增加成本，要么会降低轮胎其他方面的性能。
轮胎行驶时的噪音，一般有外部的噪音，如花纹噪音、路面噪音，和内部的空腔噪音构成。其中轮胎空腔噪音是由路面输入激励，是由轮胎和盘式车轮构成的超低压声响系统共振引起的，通常也被称为轮胎共鸣音。空腔噪音频率在200-300Hz之间，是由轮胎空腔结构决定的。在轮胎内部的空腔中，黏附海绵状材料制成的消音器，是降低空腔噪音的公知方法。海绵状吸音棉作为消音器的作用机理，是吸音棉内部有无数个空气组成的微孔，可以缓冲和吸收声波，使声波在吸音棉的那个平面很难再被反射出去。因此，在以往的专利中，对吸音棉的密度都进行严格规定，如专利CN110395976A中规定了吸音棉的密度需在 40g/m3-50kg/m3之间，不然就无法达到有效效果。但是，该方法对空腔噪音的减弱程度，仍有较大的提高空间。因为，空腔噪音的产生频率在200-300Hz之间，而作为吸音棉材料的聚氨酯，在发泡后的孔径一般都是固定的，所有很难在整个频率范围对声波进行消除。
中国发明专利申请(公开号：CN110733298A公开日：20200131)公开了一种轮胎噪音降低装置，其主要于轮胎内部的轮胎空腔的胎内面设置一降低噪音结构，降低噪音结构设置至少一吸音材，吸音材贯穿形成一中空的气室，吸音材包括一黏固于胎内面的贴合面，以及一贯通面，由贯通面设置通道，用以相通气室并且朝向轮胎的中心；由于吸音材设置气室的设计，使声波产生能量抵消与衰减，有效地降低轮胎空腔共鸣音。
同时，申请人申请了中国发明专利申请(申请号2021104977114，申请日：20210508) 种轮胎噪音降低系统，包括具有空腔的充气轮胎，充气轮胎具有胎面部、胎圈部、胎侧部，所述胎面部的内壁通过胶黏剂粘结设置有带状吸音棉，带状吸音棉沿圆周方向设置有一个以上连续的环形孔，带状吸音棉首尾相连接，环形孔也首尾相连形成一个不与轮胎内腔相通的环形大消音腔；所述的带状吸音棉为高分子材料发泡制得海绵状多孔材料，表观密度在 5kg/m3-50kg/m3，环形孔的侧壁与带状吸音棉的多孔相连通，使环形大消音腔和大量多孔消音腔相连通。
上述的专利还是采用带状吸音棉的方式降低轮胎噪音，申请人在研究中发现如果将胎面的下胎面部分进行微发泡，可以进一步降低轮胎噪音，目前现有技术中还未公开发表过。
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用于降低轮胎噪音的下胎面胶料组合物，该组合物使用化学发泡与无机发泡混合的方式对轮胎进行发泡产生微孔结构，无机发泡使用多孔硅藻土，化学发泡使用发泡母胶粒，以防止化学发泡剂的易燃性对生产造成安全隐患，同时控制发泡母胶粒的使用量，防止发泡胶料膨胀率过大。进一步，采用该组合物作为为轮胎的下胎面部分，可以降低了轮胎噪音。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种用于降低轮胎噪音的下胎面胶料组合物，该下胎面组合物由包含以下原料混炼制备得到：
100重量份橡胶组分和1.0-10.0重量份(a)发泡材料，以及(b)增强填料，其中组分(a)和(b)的总量为30到130重量份；
所述的发泡材料由发泡母胶粒和多孔硅藻土构成，发泡母胶粒和多孔硅藻土的质量比为 1:5～5:1；发泡母胶粒母胶粒采用三元乙丙橡胶，化学发泡剂采用发泡胶囊，三元乙丙橡胶与发泡胶囊的质量比为1:1～2:1；多孔硅藻土为淡水藻类化石，扫描电镜所测粒径为5-20um，氮吸附比表面积NSA为25-40m2/g，pH值接近中性的带有孔状结构的柱状无机填料。
作为再优选，所述橡胶组分选自天然橡胶、溶聚丁苯胶1和溶聚丁苯胶2；按重量份，天然橡胶：20.0-30.0份，溶聚丁苯胶1：40.0-50.0份；溶聚丁苯胶2：25.0-35.0份；溶聚丁苯胶1中结合苯乙烯占聚合物总重的30-40％，乙烯基占丁二稀总重的35-45％；溶聚丁苯胶2中结合苯乙烯占聚合物总重的15-25％，乙烯基占丁二稀总重的50-60％。
作为再优选，所述增强填料按重量份包括白炭黑：5.0-25.0份，炭黑：30.0-65.0份；所述的白炭黑为高比表面积的白炭黑，氮吸附比表面积NSA在145-250m2/g之间；所述的炭黑为超耐磨炭黑，具有高的外表面积(STSA)，其范围在100-129m2/g之间。
作为再优选，该组合物还包括硅烷偶联剂2.0-6.0份，硅烷偶联剂为带有巯基的硫代羧酸酯类硅烷；优选，硅烷偶联剂为双-[(三乙氧基硅烷基)-丙基]四硫化物、双-[(三乙氧基硅烷基)-丙基]二硫化物中的一种。
作为再优选，该组合物还包括环保芳烃油10-25份，均匀剂2.0-5.0份，橡胶活性剂2.0-8.0 份，橡胶防老剂3.0-7.0份，硫磺1.0-3.0份及硫化促进剂1.5-4.0份。
进一步，本发明还公开了一种降低轮胎噪音的充气轮胎，包括胎面、胎圈、胎侧、胎体层和配置在所述胎体层的径向外侧的带束层，胎面由上胎面和下胎面构成，上胎面位于胎面部的表面，下胎面配置在所述上胎面的下层，所述的下胎面采用所述的下胎面胶料组合物硫化制得。
作为优选，所述的下胎面的厚度H1与上下胎面总厚度H0的比值，0.2≤H1/H0≤0.6；作为优选，所述的下胎面进行发泡处理，发泡孔隙率控制在1％-5％之间，发泡孔径在0.5μm-5 μm之间。
作为优选，所述下胎面硬度在55～68HA，厚度需要限制在2.0～6.0mm。
作为优选，所述胎体层的内壁沿圆周方向设置有带状吸音棉；所述的带状吸音棉为高分子材料发泡制得海绵状多孔材料；胎圈基线和轮胎空腔赤道点之间的轮胎径向高度定义为轮胎空腔高度Hc，带状吸音棉的厚度Hs，两者需满足20mm＜Hs＜0.2×Hc。
作为优选，所述带状吸音棉沿圆周方向设置有一个以上连续的环形孔，带状吸音棉首尾相连接，环形孔也首尾相连形成一个不与轮胎内腔相通的环形主消音腔；环形孔的侧壁与带状吸音棉的多孔相连通，使环形主消音腔和大量多孔消音腔相连通。该消音腔的作用是进一步减弱声波在轮胎内腔内的震动，从而达到降低噪音目的。
作为优选，所述环形孔的重心与轮胎胎面中心的连线，与轮胎的断面宽所在的中心辅助线垂直；环形孔占带状吸音棉正截面面积10-50％；带状吸音棉的表观密度在5kg/m3-20kg/m3。
作为优选，所述消音腔截面圆心的半径Rs需满足4.5mm＜Rs＜0.5Hs-1mm。
本发明由于采用了上述的技术方案，本发明使用化学发泡与无机发泡混合的方式对轮胎进行发泡产生微孔结构，无机发泡使用多孔硅藻土，化学发泡使用发泡母胶粒，以防止化学发泡剂的易燃性对生产造成安全隐患，同时控制发泡母胶粒的使用量，防止发泡胶料膨胀率过大。进一步，采用该组合物作为为轮胎的下胎面部分，可以降低了轮胎噪音。进一步，本发明还采用了吸音棉内部设计一个以上较大，且与轮胎内腔不相通的圆柱形孔洞，作为主体消音腔；并增加吸音棉材料的比重，也就是减小无数个小吸音腔的体积。通过本发明的实施发现，这种大主体消音腔配合无数小的消音腔设计，可以抑制较宽频率范围下的空腔噪音。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的实施例4结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
如图1所示的一种降低轮胎噪音的充气轮胎，包括胎面1、胎圈2、胎侧3、胎体层4和配置在所述胎体层的径向外侧的带束层5，胎面1由上胎面11和下胎面12构成，上胎面11 位于胎面部的表面，下胎面12配置在所述上胎面11的下层，下胎面12的厚度H1与上下胎面总厚度H0的比值，0.2≤H1/H0≤0.6；所述的下胎面进行发泡处理，发泡孔隙率控制在1％-5％之间，发泡孔径在0.5μm-5μm之间。
由于下胎面11橡胶过软硫化成型时难以被胶囊压住而保持定型，同时，橡胶过软会影响轮胎刚性，导致轮胎操纵性能下降，因此，理想硬度在55～68HA，并且下胎面11胶硬度需小于胎面胶硬度，差值大于等于1HA，这样可以改变轮胎共震频率，降低轮胎在低频范围的噪音。另下胎面胶11厚度需要限制在2.0～6.0mm内，超过6.0mm会造成胎面刚性大幅下降，影响轮胎操控响应性能，低于2.0mm则无法体现下胎面胶的作用。
参比例
下胎面原材料组成：25.0份天然橡胶，43.0份溶聚丁苯胶1，32.0份溶聚丁苯胶2，40.0份白炭黑1165MP，22.0份炭黑N234，4.0份硅烷偶联剂Si-75，10.0份环保芳烃油， 2.0份防老剂6PPD，0.7份防老剂TMQ，1.5份微晶蜡，2.5份氧化锌，1.3份硬脂酸，4.0 份均匀剂，2.0份硫磺，1.5份促进剂CZ，1.0份促进剂DPG。
其中，溶聚丁苯胶1：结合苯乙烯占聚合物总重的36％，乙烯基占丁二稀总重的40％；溶聚丁苯胶2：结合苯乙烯占聚合物总重的20％，乙烯基占丁二稀总重的55％。
实施例1
下胎面原材料组成：25.0份天然橡胶，43.0份溶聚丁苯胶1，32.0份溶聚丁苯胶2，40.0份高分数白炭黑1165MP，22.0份炭黑N234，4.0份硅烷偶联剂Si-75，10.0份环保芳烃油，3.5份发泡母胶粒，2.0份多孔硅藻土，2.0份防老剂6PPD，0.7份防老剂TMQ，1.5 份微晶蜡，2.5份氧化锌，1.3份硬脂酸，4.0份均匀剂，2.0份硫磺，1.5份促进剂CZ，1.0 份促进剂DPG。
其中，除发泡母胶粒、多孔硅藻土外，其余材料皆与参比例中相同。胶料加工时，发泡母胶粒需在加硫阶段加入，加硫温度不超过100℃。所述的发泡母胶粒母胶采用三元乙丙橡胶，化学发泡剂采用发泡胶囊，三元乙丙橡胶与发泡胶囊的质量比为1:2。其特点为在140℃-180℃高温时，发泡胶囊外壳软化，内部液体烃汽化，使其胶囊尺寸增长从而达到发泡的效果。多孔硅藻土为淡水藻类化石，扫描电镜所测粒径为5-20um，氮吸附比表面积(NSA) 为25-40m2/g，PH值接近中性的带有孔状结构的柱状无机填料。
实施例2
下胎面原材料组成：25.0份天然橡胶，43.0份溶聚丁苯胶1，32.0份溶聚丁苯胶2，40.0份高分数白炭黑1165MP，22.0份炭黑N234，4.0份硅烷偶联剂Si-75，10.0份环保芳烃油，6.7份发泡母胶粒，4份多孔硅藻土，2.0份防老剂6PPD，0.7份防老剂TMQ，1.5 份微晶蜡，2.5份氧化锌，1.3份硬脂酸，4.0份均匀剂，2.0份硫磺，1.5份促进剂CZ，1.0 份促进剂DPG。
其中，材料与胶料加工皆与实施例1中相同。
实施例3
下胎面原材料组成：25.0份天然橡胶，43.0份溶聚丁苯胶1，32.0份溶聚丁苯胶2，40.0份高分数白炭黑1165MP，22.0份炭黑N234，4.0份硅烷偶联剂Si-75，10.0份环保芳烃油，3.5份发泡母胶粒，2.0份多孔硅藻土，2.0份防老剂6PPD，0.7份防老剂TMQ，1.5 份微晶蜡，2.5份氧化锌，1.3份硬脂酸，4.0份均匀剂，2.0份硫磺，1.5份促进剂CZ，1.0 份促进剂DPG。
其中，材料与胶料加工皆与实施例1中相同。
上述参比例、实施例1-3的结构均相同，如图1所示。
实施例4
采用在实施例1下胎面原材料，在图1的结构基础上增加静音棉的结构，如图2所示。
轮胎的内壁通过胶黏剂粘结设置有带状吸音棉6，所述的带状吸音棉6为聚氨酯发泡制得海绵状多孔材料，带状吸音棉6的表观密度在20kg/m3，带状吸音棉6的正截面为方形轮胎空腔高度为Hc为41mm，吸音棉的厚度Hs为30mm。带状吸音棉6沿圆周方向设置有一个连续的环形孔7，环形孔7正截面为圆形，环形孔截面占带状吸音棉正截面面积的30％，圆半径为 Rs为8mm。环形孔7的重心与轮胎胎面中心的连线，与轮胎的断面宽所在的中心辅助线垂直。带状吸音棉6首尾相连接，环形孔7也首尾相连形成一个不与轮胎内腔相通的环形主消音腔；环形孔7的侧壁与带状吸音棉6的多孔相连通，使环形主消音腔和大量多孔消音腔相连通。
表1实施例和参比例胶料相关参数
Figure BDA0003286728850000051
Figure BDA0003286728850000061
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 (7)

1.一种降低轮胎噪音的充气轮胎，其特征在于，该轮胎包括胎面、胎圈、胎侧、胎体层和配置在所述胎体层的径向外侧的带束层，胎面由上胎面和下胎面构成，上胎面位于胎面部的表面，下胎面配置在所述上胎面的下层，下胎面的厚度H1与上下胎面总厚度H0的比值，0.2≤H1/H0≤0.6，所述下胎面硬度在55~68HA，厚度需要限制在2.0~6.0mm；所述的下胎面进行发泡处理，发泡孔隙率控制在1%-5%之间，发泡孔径在0.5μm-5μm之间；所述的下胎面采用下胎面胶料组合物硫化制得；下胎面组合物由包含以下原料混炼制备得到：
100重量份橡胶组分和1 .0-10 .0重量份（a）发泡材料，以及（b）增强填料，其中组分（a）和（b）的总量为30到130重量份；
所述的发泡材料由发泡母胶粒和多孔硅藻土构成，发泡母胶粒和多孔硅藻土的质量比为1:5~5:1；发泡母胶粒的母胶粒采用三元乙丙橡胶，化学发泡剂采用发泡胶囊，三元乙丙橡胶与发泡胶囊的质量比为1:1~2:1；多孔硅藻土为淡水藻类化石，扫描电镜所测粒径为5-20um，氮吸附比表面积NSA为25-40m2/g，pH值接近中性的带有孔状结构的柱状无机填料。
2.根据权利要求1所述的一种降低轮胎噪音的充气轮胎，其特征在于，橡胶组分选自天然橡胶、溶聚丁苯胶1和溶聚丁苯胶2；按重量份，天然橡胶：20 .0-30 .0份，溶聚丁苯胶1：40 .0-50 .0份；溶聚丁苯胶2：25 .0-35 .0份；溶聚丁苯胶1中结合苯乙烯占聚合物总重的30-40%，乙烯基占丁二稀总重的35-45%；溶聚丁苯胶2中结合苯乙烯占聚合物总重的15-25%，乙烯基占丁二稀总重的50-60%。
3.根据权利要求1所述的一种降低轮胎噪音的充气轮胎，其特征在于，增强填料按重量份包括白炭黑：5 .0-25 .0份，炭黑：30 .0-65 .0份；所述的白炭黑为高比表面积的白炭黑，氮吸附比表面积NSA在145-250 m2/g之间；所述的炭黑为超耐磨炭黑，具有高的外表面积STSA范围在100-129 m2/g之间。
4.根据权利要求3所述的一种降低轮胎噪音的充气轮胎，其特征在于，该组合物还包括硅烷偶联剂 2 .0-6 .0份，硅烷偶联剂为带有巯基的硫代羧酸酯类硅烷。
5.根据权利要求4所述的一种降低轮胎噪音的充气轮胎，其特征在于，硅烷偶联剂为双-[(三乙氧基硅烷基)-丙基]四硫化物、双-[(三乙氧基硅烷基)-丙基]二硫化物中的一种。
6.根据权利要求3所述的一种降低轮胎噪音的充气轮胎，其特征在于，橡胶组合物的原料还包括环保芳烃油10-25份，均匀剂2 .0-5 .0份，橡胶活性剂2 .0-8 .0份，橡胶防老剂3.0-7 .0份，硫磺1 .0-3 .0份及硫化促进剂1 .5-4 .0份。
7.根据权利要求1所述的一种降低轮胎噪音的充气轮胎，其特征在于，胎体层的内壁沿圆周方向设置有带状吸音棉；所述的带状吸音棉为高分子材料发泡制得海绵状多孔材料；胎圈基线和轮胎空腔赤道点之间的轮胎径向高度定义为轮胎空腔高度Hc，带状吸音棉的厚度Hs，两者需满足20mm＜Hs＜0.2×Hc；所述带状吸音棉沿圆周方向设置有一个以上连续的环形孔，带状吸音棉首尾相连接，环形孔也首尾相连形成一个不与轮胎内腔相通的环形主消音腔；环形孔的侧壁与带状吸音棉的多孔相连通，使环形主消音腔和大量多孔消音腔相连通；所述环形孔的重心与轮胎胎面中心的连线，与轮胎的断面宽所在的中心辅助线垂直；环形孔占带状吸音棉正截面面积10-50%；带状吸音棉的表观密度在5kg/m3-20kg/m3；所述消音腔截面圆心的半径Rs需满足4.5mm＜Rs＜0.5Hs-1mm。
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