CN114085439B - 一种半钢超耐磨胎面胶胶料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半钢超耐磨胎面胶胶料及其制备方法，属于轮胎胶料领域，该胶料由以下原料制成：天然橡胶、高苯乙烯乳聚丁苯橡胶、反式异戊橡胶、顺丁橡胶、高比表面积白炭黑、低硫硅烷偶联剂、炭黑、氧化锌、酚醛树脂、硬脂酸、防老剂、防护蜡、促进剂、硫磺；高苯乙烯乳聚丁苯橡胶采用苯乙烯含量为41wt％的SBR1739环保乳聚丁苯橡胶，40‑70份炭黑与10‑30份高比表面积白炭黑配合使用，天然橡胶、反式异戊橡胶和液体顺丁橡胶配合使用，采用密炼机加开炼机低温一步混炼，密炼机先高转速后低转速，得到耐磨性优良、抓地性能好、滚阻低的胎面胶胶料。

Description

一种半钢超耐磨胎面胶胶料及其制备方法

技术领域

本发明涉及汽车轮胎胶料，以天然橡胶加反式异戊橡胶、高苯乙烯丁苯胶以及液体顺丁胶为基础，采用较大量的炭黑、白炭黑，从而得到一种具有既耐磨高抓，又易加工的橡胶混合物。

背景技术

轮胎胎面胶的磨耗性能与抓地性能是关键性能指标。轮胎行驶过程中胎面与路面直接接触，在周期性的压缩、剪切形变作用下，胎面胶以磨损、卷曲、疲劳等方式脱落。目前全钢胎市场上已经出现相应的超耐磨胎，但与全钢轮胎相比，半钢子午线轮胎所使用的路况环境要复杂的多，因而对于胎面胶的耐磨性与抓地性有更高的要求。从配方设计角度提高胶料耐磨性抓地性是一种行之有效的手段，其中生胶体系、填充体系、硫化体系对胶料的耐磨性影响最大。

发明内容

本发明的目的是在保证良好加工性能前提下，显著提高胎面胶的耐磨性与抓地性，提供一种半钢超耐磨胎面胶配方胶料及其制备方法，提高轮胎的使用寿命，降低成本。

为达到上述目的，本发明通过应用天然橡胶综合性能较优，反式异戊橡胶结构规整、易结晶耐磨性及疲劳性好，液体顺丁橡胶拉伸强度高、耐磨性好、门尼粘度低，高苯乙烯丁苯橡胶抓地性耐磨性好的优点，再配以较多的超耐磨的炭黑、高比表面积的白炭黑，从而得到一种超耐磨高抓地力的橡胶混合物。本发明的一种实施方式采用以下技术方案：

一种半钢超耐磨胎面胶胶料，按质量份计包括以下原料：

优选的，所述的半钢超耐磨胎面胶胶料，按质量份计包括以下原料：

本发明中所述的“份”是指质量份。天然橡胶、高苯乙烯乳聚丁苯橡胶、反式异戊橡胶、顺丁橡胶的总量为100份。

天然橡胶(NR)的主要成分是顺式异戊二烯聚合物，由于其良好的综合性能得到广泛的应用。

反式异戊橡胶是反式异戊二烯聚合物，其反式1,4-聚异戊二烯含量≥98％，这是现有技术的反式异戊橡胶容易达到的。反式异戊橡胶与天然橡胶化学组成相同，顺反结构不同，其分子链规整性高，易于结晶，具有优异的耐磨性和耐疲劳性。但由于其分子链规整性高，生胶较硬不利于加工，因此需加入门尼粘度低的液体生胶(液体顺丁橡胶)。

所述的顺丁橡胶是瑞翁的BRX5000液体顺丁橡胶，生胶门尼粘度为37ML(1+4)100℃。瑞翁的BRX5000液体顺丁橡胶是高分子量的顺丁橡胶与市场常规低分子量液体顺丁橡胶的混合物，高分子量的顺丁橡胶的分子量可以达到120万，市场常规低分子量液体顺丁橡胶的分子量为40万，混合物最终生胶门尼粘度为37(门尼粘度测试条件(ML(1+4)100℃))，较现行的顺丁橡胶的门尼粘度43更低。使用其液体顺丁胶的特点是，所得橡胶混合物具有更高拉伸强度与撕裂强度，更优的磨耗性能，同时胶料易于分散，可降低由于反式异戊胶结构规整而造成的不利于加工等问题。

所述的高苯乙烯乳聚丁苯橡胶采用苯乙烯含量为41wt％的SBR1739环保乳聚丁苯橡胶。乳聚丁苯橡胶苯的乙烯含量越高抓地性越好，确保胶料具有较优的耐磨性能与抓地性能。

所述炭黑为N234，N134和N115中的一种或者两种。

所述高比表面积白炭黑为由确成股份生产的165MP高分散白炭黑。该白炭黑易于分散，可降低滚阻生热，提升抓地性与耐磨性能。

所述低硫硅烷偶联剂是市场上新出品的NXT363、NXT245、C996中的一种。

所述防老剂为防老剂RD、防老剂4020中的一种或者两种的组合。

硫磺采用硫磺99(1％充油)，硫磺99是指硫的质量分数≥99.0％的工业硫磺。

本发明还提供了上述半钢超耐磨胎面胶胶料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将天然橡胶、高苯乙烯乳聚丁苯橡胶、反式异戊橡胶、顺丁橡胶投入密炼机，50-55RPM转速混炼20-25秒；

(2)提上顶栓，分别从投料门及填料输送管将炭黑、高比表面积白炭黑、低硫硅烷偶联剂、氧化锌、酚醛树脂、硬脂酸、防老剂、防护蜡投入密炼机混炼，当温度升到115-120℃，提上顶栓上升到位自动低压压缩空气对上顶栓进行吹扫，同时将转速降到20-25RPM，再降上顶栓加压至0.5-0.6MPa混炼，直到温度达到140-145℃，得到混炼胶；

(3)将混炼胶从密炼机排到有皮带自动翻切料装置的开炼机上进行翻炼，自然降温，待胶料温度降到85-95℃后投入硫磺及促进剂翻炼均匀后，挤出压片，冷却收胶。

优选的，所述的半钢超耐磨胎面胶胶料的制备方法采用以下步骤：

(1)将天然橡胶、高苯乙烯乳聚丁苯橡胶、反式异戊橡胶、顺丁橡胶投入密炼机，55RPM转速混炼20秒；

(2)提上顶栓，分别从投料门及填料输送管将炭黑、高比表面积白炭黑、低硫硅烷偶联剂、氧化锌、酚醛树脂、硬脂酸、防老剂、防护蜡投入密炼机混炼，当温度升到120℃，提上顶栓上升到位自动低压压缩空气对上顶栓进行吹扫，同时将转速降到25RPM，再降上顶栓加压至0.55MPa混炼，直到温度达到145℃，得到混炼胶；

(3)将混炼胶从密炼机排到有皮带自动翻切料装置的开炼机上进行翻炼，自然降温，待胶料温度降到90℃后投入硫磺及促进剂翻炼均匀后，挤出压片，冷却收胶。

该胶料使用密炼机F370+开炼机连动作业(低温一步法混炼流程)，其在密炼机作业的混炼手法，强调先高转速(55RPM左右)后低转速(25RPM左右)，先用高转速使得胶温升到120℃左右后再采用低转速拉长胶料温度升到145℃所需要的时间，密炼作业得到的混合胶，用有皮带自动翻切料装置的开炼机进行捣炼均匀后，再加入硫磺促进剂酚醛树脂继续翻炼均匀，完成终炼。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明制备所得超耐磨胶料最显著的特点是耐磨性优良，抓地性通过使用动态热机械分析(DMA)测试，数据较市场上多类产品有了明显的提升，使用该发明的产品提高了在湿滑路面的通过性和安全性，第三方湿地路面测试数据达到湿滑级别为B级。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实例1

天然橡胶25份，高苯乙烯乳聚丁苯橡胶SBR1739 30份，反式异戊橡胶(反式1,4-聚异戊二烯含量98％，下同)15份，顺丁橡胶BRX5000 30份，炭黑N234 60份，高比表面积白炭黑165MP 10份，低硫硅烷偶联剂NXT363 1.0份,氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂4020 3.0份，防老剂RD 1.5份，防护蜡RW220 2份，酚醛树脂3份，硫磺99(1％充油)2.0份，促进剂CBS1.0份。

将所有橡胶(天然橡胶、丁苯橡胶SBR1739、反式异戊橡胶、顺丁橡胶BRX5000)投入F370密炼机，使用55RPM转速混炼20秒，提上顶栓，分别从投料门及填料输送管将硫磺、促进剂以外已称量好的所有助剂(炭黑N234、高分散白炭黑165MP、单硫硅烷偶联剂NXT363、氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂RD、防护蜡RW220、酚醛树脂)投入密炼机混炼，当温度升到120℃(考虑设备升温，设定提前5℃开始)，提上顶栓上升到位自动低压压缩空气对上顶栓进行吹扫，同时将转速降到25RPM，再降上顶栓进行加压(0.55MPa)混炼，直到温度达到145℃后将混炼胶从密炼机排到有皮带自动翻切料装置的开炼机上进行翻炼，翻炼过程中自然降温，待胶料温度降到约90℃后投入硫磺及促进剂翻炼均匀后，挤出压片，冷却收胶，交后工程作业产品。

对本实施例的配方胶料用热动态分析仪DMA进行测试，结果显示，玻璃化转变温度Tg在-50℃，0℃时的Tanδ达到了0.3，说明轮胎抓地能力好，60℃时的Tanδ仅有0.10，说明轮胎滚阻低，阿克隆磨耗0.015cm³/1.61Km，说明轮胎耐磨性能好。

实例2

天然橡胶15份，高苯乙烯乳聚丁苯橡胶SBR1739 45份，反式异戊橡胶10份，顺丁橡胶BRX5000 30份，炭黑N234 50份，高比表面积白炭黑165MP 20份，低硫硅烷偶联剂NXT3632.0份,氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂40203.0份，防老剂RD 1.5份，防护蜡RW220 2份，酚醛树脂3份，硫磺99(1％充油)1.9份，促进剂CBS 1.1份。

将所有橡胶投入F370密炼机，使用55RPM转速混炼20秒，提上顶栓分别从投料门及填料输送管将硫磺、促进剂以外已称量好的所有助剂投入密炼机混炼，当温度升到120℃(考虑设备升温，设定提前5℃开始)提上顶栓上升到位自动低压压缩空气对上顶栓进行吹扫，同时将转速降到25RPM再降上顶栓进行加压混炼，直到温度达到145℃后将混炼胶从密炼机排到有皮带自动翻切料装置的开炼机上进行翻炼，待胶料温度降到约90℃后投入硫磺及促进剂翻炼均匀后，挤出压片，冷却收胶，交后工程作业产品。

使用本发明的配方胶料在用热动态分析仪DMA测试，玻璃化转变温度Tg在-50℃，0℃时的Tanδ达到了0.40，60℃时的Tanδ仅有0.10，阿克隆磨耗0.016cm³/1.61Km。

实例3

天然橡胶10份，高苯乙烯乳聚丁苯橡胶SBR1739 50份，反式异戊橡胶10份，顺丁橡胶BRX5000 30份，炭黑N234 45份，高比表面积白炭黑165MP 25份，低硫硅烷偶联剂NXT3632.0份,氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂4020 3.0份，防老剂RD 1.5份，防护蜡RW220 2份，酚醛树脂3份，硫磺99(1％充油)1.8份，促进剂CBS 1.2份。

将所有橡胶投入F370密炼机，使用55RPM转速混炼20秒，提上顶栓分别从投料门及填料输送管将硫磺、促进剂以外已称量好的所有助剂投入密炼机混炼，当温度升到120℃(考虑设备升温，设定提前5℃开始)提上顶栓上升到位自动低压压缩空气对上顶栓进行吹扫，同时将转速降到25RPM再降上顶栓进行加压混炼，直到温度达到145℃后将混炼胶从密炼机排到有皮带自动翻切料装置的开炼机上进行翻炼，待胶料温度降到约90℃后投入硫磺及促进剂翻炼均匀后，挤出压片，冷却收胶，交后工程作业产品。

使用本发明的配方胶料在用热动态分析仪DMA测试，玻璃化转变温度Tg在-50℃，0℃时的Tanδ达到了0.5，60℃时的Tanδ仅有0.11，阿克隆磨耗0.017cm³/1.61Km。

对比例1

天然橡胶20份，高苯乙烯乳聚丁苯橡胶SBR1739 30份，反式异戊橡胶30份，顺丁橡胶BRX5000 20份，炭黑N234 15份，高比表面积白炭黑165MP 55份，低硫硅烷偶联剂NXT3635.5份,氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂4020 3.0份，防老剂RD 1.5份，防护蜡RW220 2份，酚醛树脂3份，硫磺99(1％充油)2.0份，促进剂CBS 1.0份。

制备方法同实施例1，得到胶料。

使用本发明的配方胶料在用热动态分析仪DMA测试，玻璃化转变温度Tg在-50℃，0℃时的Tanδ达到了0.25，60℃时的Tanδ仅有0.10，阿克隆磨耗0.05cm³/1.61Km。

对比例2

天然橡胶25份，乳聚丁苯橡胶(SBR1502，苯乙烯含量23.5wt％)30份，反式异戊橡胶15份，顺丁橡胶BRX5000 30份，炭黑N234 60份，高比表面积白炭黑165MP 10份，低硫硅烷偶联剂NXT363 1.0份,氧化锌3份，硬脂酸1.5份，防老剂4020 3.0份，防老剂RD 1.5份，防护蜡RW220 2份，酚醛树脂3份，硫磺99(1％充油)2.0份，促进剂CBS 1.0份。

制备方法同实施例1，得到胶料。

使用本发明的配方胶料在用热动态分析仪DMA测试，玻璃化转变温度Tg在-50℃，0℃时的Tanδ达到了0.12，60℃时的Tanδ仅有0.10，阿克隆磨耗0.016cm³/1.61Km。

通过对比例1、对比例2与实施例1-3的比较可以看出，对比例1的反式异戊橡胶的用量高且顺丁橡胶BRX5000用量低，炭黑用量低白炭黑用量高，所得轮胎抓地能力不及实施例1-3，轮胎滚阻与实施例1-3相当，轮胎耐磨性能不及实施例1-3；对比例2乳聚丁苯橡胶的苯乙烯含量23.5％，比实施例1-3低，其轮胎的抓地能力差，滚阻性能、耐磨性能与实施例1-3相当。

尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (6)

1.一种半钢超耐磨胎面胶胶料，其特征在于，由按质量份计的以下原料组成：

所述的顺丁橡胶是瑞翁的BRX5000液体顺丁橡胶，生胶门尼粘度为37ML(1+4)100℃；

所述的高苯乙烯乳聚丁苯橡胶采用苯乙烯含量为41wt％的SBR1739环保乳聚丁苯橡胶；

天然橡胶、高苯乙烯乳聚丁苯橡胶、反式异戊橡胶、顺丁橡胶的总量为100份。

2.根据权利要求1所述的半钢超耐磨胎面胶胶料，其特征在于，由按质量份计的以下原料组成：

3.根据权利要求1或2所述的半钢超耐磨胎面胶胶料，其特征在于，所述炭黑为N234，N134和N115中的一种或者两种。

4.根据权利要求1或2所述的半钢超耐磨胎面胶胶料，其特征在于，所述高比表面积白炭黑为由确成股份生产的165MP高分散白炭黑。

5.根据权利要求1或2所述的半钢超耐磨胎面胶胶料，其特征在于，所述低硫硅烷偶联剂是NXT363、NXT245、C996中的一种。

6.根据权利要求1或2所述的半钢超耐磨胎面胶胶料，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD、防老剂4020中的一种或者两种的组合。