CN114133632A - 矿用耐寒轮胎胎面胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用耐寒轮胎胎面胶及其制备方法，以重量份计，包括以下组分：天然橡胶40‑60份、高顺式顺丁橡胶10‑20份、丁苯橡胶30‑50份、炭黑20‑40份、白炭黑10‑25份、硅烷偶联剂1‑2.5份、均匀剂3‑5份、芳纶短纤维3‑7份、冰雪剂D‑60806‑8份、二壬酸一缩二乙二醇酯6‑10份、环氧大豆油10‑15份、抗撕裂树脂6‑8份、增粘树脂1‑3份、防老剂3‑5份、微晶蜡1‑2份、氧化锌3‑5份、硬脂酸1‑2份、硫黄1.2‑2.0份、促进剂0.8‑2份。本发明制备的矿用工程轮胎胎面胶在低温下耐切割性能优异、耐磨性好，适用于寒冷地区使用的矿用工程机械车辆。
Description
技术领域
本发明涉及矿用工程轮胎胎面胶技术领域，具体涉及一种矿用耐寒轮胎胎面胶及其制备方法。
背景技术
随着世界矿业的繁荣发展，对于矿用工程车辆的要求也越来越高，更快的速度&更大的载重量是工程车辆近些年来的发展方向，随着矿用车辆的发展，对于轮胎的要求也是越来越高；一直以来对于工程轮胎的研究方向始终围绕着提升抗切割和降低生热两个维度进行。
但是对于严寒地区使用的工程轮胎来说，只考虑提升抗切割性能和降低轮胎生热是远远不够的。在我国东北地区，冬季温度可达到零下40℃甚至更低，在此条件下工程轮胎胎面胶料硬度会有明显增加，抗切割性能会急剧下降，还会因为胶料变硬而出现严重的裂口掉块和打滑现象，特别是对于花纹饱和度较低的轮胎来说，花纹沟底裂口现象尤为严重。
现有改善胶料耐寒性的方法主要以添加低温性能优异的顺丁橡胶和添加玻璃化转变点较低的油/脂类助剂为主，但是受到材料本身的性能所限，在低温下胶料依然有明显发硬的问题存在，同时顺丁橡胶在抗切割性能方面与天然胶和丁苯胶差距较大，提升了胎面的耐低温性能的同时会导致胎面耐切割性能大幅下降，以此方法来解决严寒地区轮胎裂口掉块和打滑问题并非长久之计。因此提供一种在低温下兼具有抗切割性能及抗裂口防掉块性能的胎面胶成为急需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种矿用耐寒轮胎胎面胶及其制备方法，采用的二壬酸一缩二乙二醇酯能够在零下十几度的条件下为胶料提供好的柔韧性，再添加能使橡胶在低温下依然具有较高弹性的冰雪剂，以此方法制备的矿用工程轮胎胎面胶在低温下具有较好的弹性和扯断伸长率，耐切割性能优异、耐磨性好，适用于寒冷地区使用的矿用工程机械车辆。
一方面，本发明提供了一种矿用耐寒轮胎胎面胶，以重量份计，包括以下组分：天然橡胶40-60份、高顺式顺丁橡胶10-20份、丁苯橡胶30-50份、炭黑20-40份、白炭黑10-25份、硅烷偶联剂1-2.5份、均匀剂3-5份、芳纶短纤维3-7份、冰雪剂D-6080 6-8份、二壬酸一缩二乙二醇酯6-10份、环氧大豆油10-15份、抗撕裂树脂6-8份、增粘树脂1-3份、防老剂3-5份、微晶蜡1-2份、氧化锌3-5份、硬脂酸1-2份、硫黄1.2-2.0份、促进剂0.8-2份。
优选地，所述天然橡胶采用20#标准胶或3#烟片胶；所述顺丁橡胶采用北京燕山石油化工有限公司的高顺式顺丁橡胶BR9000，为顺式1，4-聚丁二烯含量90％以上的镍系顺丁橡胶；所述丁苯橡胶采用中国石化齐鲁石油化工公司的环保型乳聚丁苯橡胶1502E。
优选地，所述炭黑为N115炭黑、N220炭黑、N234炭黑中的一种或两种的组合。
优选地，所述白碳黑为比表面积160-180m2/g的HD175MP或1165MP；所述硅烷偶联剂采用天津三孚新材料科技有限公司的液体Si69或Si75。
优选地，所述芳纶短纤维为经过表面氧化改性的对位芳纶纤维Sulfron3001，采用化学改性，引入C＝N基团，增加了与炭黑的相互作用，提高了分散效果，进而增强了胎面的耐磨性能；所述二壬酸一缩二乙二醇酯为凝固点＜-10℃的脂肪二元酸酯类增塑剂，在低温下起到润滑作用，提高橡胶分子链的活动能力。冰雪剂D-6080为青岛金瑞纳公司产品，采用高聚物弹性体高温裂解物、特性炭及含有极性基团的界面活性剂经过特定的化学工艺接枝产生的耐低温功能新材料，加入橡胶中能够降低橡胶在低温下的硬度，提高弹性。
优选地，所述抗撕裂树脂采用脂肪族抗撕裂树脂、改性双环戊二烯树脂或多环碳氢共聚树脂；所述增粘树脂采用对特辛基酚醛树脂或对特辛基苯酚甲醛增粘树脂。
优选地，所述均匀剂东莞市越邦橡胶科技有限公司的芳香烃树脂混合物40MSF。
优选地，所述防老剂包括对苯二胺类防老剂4020 1.5-2.5份和酮胺类防老剂RD1.5-2.5份。
优选地，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂CZ或NS，和胍类促进剂DPG。
另一方面，本发明还提供了上述胎面胶的制备方法，包括以下混炼步骤：
S1白碳黑表面预处理：将白碳黑装入搅拌釜中，在55-70rpm的速度下进行搅拌的同时逐步滴入硅烷偶联剂，在130-135℃条件下搅拌30min以上，直至无明显淡黄色液体残留后取出，放置备用；
S2一段混炼：将天然橡胶、高顺式顺丁橡胶、丁苯橡胶、均匀剂、冰雪剂投入密炼机，在35-40rpm的转速下混炼30-35s，随后将步骤S1的表面预处理白碳黑、部分炭黑、部分抗撕裂树脂、增粘树脂、二壬酸一缩二乙二醇酯、环氧大豆油、部分防老剂、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸投入到密炼机中进行混炼，转子转速为39-43rpm，30-35s提栓清扫一次，温度达到120-130℃时提栓再压栓，混炼至胶料温度达到155-165℃时排胶，将一段母胶放置于室内冷却4-6h后进行二段混炼；
S3二段混炼：将步骤S2的一段母胶再次投入密炼机，转子转速为36-40rpm，30-35s后提栓，然后再加入剩余炭黑、剩余抗撕裂树脂、芳纶短纤维、剩余防老剂，转速35-37rpm，温度达到120-130℃时提栓再压栓，胶料温度达到150-155℃时排胶，将二段母胶放置于室温冷却4-6h后进行终炼；
S4终炼：将步骤S3的二段母胶和硫黄、促进剂投入密炼机，转子转速为27-32rpm，每隔25-30s提栓再压栓一次，三次提栓压栓后排胶，再经过开炼机薄通下片，即得矿用耐寒轮胎胎面胶。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明与现有胎面胶相比，添加了凝固点较低的二壬酸一缩二乙二醇酯增塑剂，在低温下依然对橡胶分子有很好的润滑作用，提高橡胶分子链的运动能力，降低了胶料的硬度。同时本发明添加了含有多种活性官能团的冰雪剂D-6080，能够在低温条件下使橡胶制品的硬化程度降低，提高配方中各材料界面之间的相容性，大大减少花纹块的冬季裂口及掉块问题。
2.与现有胎面胶相比，本发明在加热条件下预先将白碳黑进行表面处理，其表面上的羟基与硅烷偶联剂结构中的硅氧烷/烷氧基进行反应接枝，相比于正常混炼同步添加工艺，预处理的白碳黑能够更好的与橡胶分子相结合，极大地减弱了白碳黑的团聚效应，增强了白碳黑补强效果，同时降低了胶料硬度。
具体实施方式
实施例1-4
实施例1-4及对比例1-2的胎面胶配方如表1所示：
表1
实施例1-4及对比例1-2的胎面胶的制备方法包括以下步骤：
S1白碳黑表面预处理：将白碳黑装入搅拌釜中，在55-70rpm的速度下进行搅拌的同时逐步滴入Si69，在130℃条件下搅拌30min以上，直至无明显淡黄色液体残留后取出，放置备用；
S2一段混炼：将天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、40MSF、D-6080投入密炼机，在35rpm的转速下混炼30s，随后将步骤S1的表面预处理白碳黑、20份炭黑、半数抗撕裂树脂、增粘树脂、二壬酸一缩二乙二醇酯、环氧大豆油、防老剂RD、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸投入到密炼机中进行混炼，转子转速为39-43rpm，30s提栓清扫一次，温度达到120-130℃时提栓再压栓，混炼至胶料温度达到155-165℃时排胶，将一段母胶放置于室内冷却6h后进行二段混炼；
S3二段混炼：将步骤S2的一段母胶再次投入密炼机，转子转速为36-40rpm，30s后提栓，然后再加入剩余炭黑、剩余抗撕裂树脂、芳纶短纤维、防老剂4020，转速37rpm，温度达到120-130℃时提栓再压栓，胶料温度达到150℃时排胶，将二段母胶放置于室温冷却4h后进行终炼；
S4终炼：将步骤S3的二段母胶、硫黄及促进剂投入密炼机，转子转速为27-32rpm，每隔30s提栓再压栓一次，三次提栓压栓后排胶，再经过开炼机薄通下片，即得矿用耐寒轮胎胎面胶。
对实施例1-4及对比例1制备的矿用耐寒轮胎胎面胶进行性能测试，测试结果如表2所示：
表2
实施例5-8
实施例5-8及对比例3的胎面胶配方如表3所示：
表3
实施例5-8及对比例3的胎面胶的制备方法包括以下步骤：
S1白碳黑表面预处理：将白碳黑装入搅拌釜中，在55-70rpm的速度下进行搅拌的同时逐步滴入Si69，在135℃条件下搅拌30min以上，直至无明显淡黄色液体残留后取出，放置备用；
S2一段混炼：将天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、40MSF、D-6080投入密炼机，在40rpm的转速下混炼35s，随后将步骤S1的表面预处理白碳黑、20份炭黑、半数抗撕裂树脂、增粘树脂、二壬酸一缩二乙二醇酯、环氧大豆油、防老剂RD、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸投入到密炼机中进行混炼，转子转速为39-43rpm，35s提栓清扫一次，温度达到120-130℃时提栓再压栓，混炼至胶料温度达到155-165℃时排胶，将一段母胶放置于室内冷却4h后进行二段混炼；
S3二段混炼：将步骤S2的一段母胶再次投入密炼机，转子转速为36-40rpm，35s后提栓，然后再加入剩余炭黑、剩余抗撕裂树脂、芳纶短纤维、防老剂4020，转速35rpm，温度达到120-130℃时提栓再压栓，胶料温度达到155℃时排胶，将二段母胶放置于室温冷却6h后进行终炼；
S4终炼：将步骤S3的二段母胶、硫黄及促进剂投入密炼机，转子转速为27-32rpm，每隔25s提栓再压栓一次，三次提栓压栓后排胶，再经过开炼机薄通下片，即得矿用耐寒轮胎胎面胶。
对实施例5-8及对比例3制备的胎面胶进行性能测试，测试结果如表4所示：
表4
二壬酸一缩二乙二醇酯是一种低温性能较好，凝固点极低的增塑剂，用在胎面配方中，对橡胶及填料分子链段起到显著的润滑作用；即使在低温下，由于其凝固点极低，依然能够使橡胶分子链具有很好的运动能力。冰雪剂D-6080则是一种专为低温环境研发的弹性体结构，含有极性基团的界面活性剂，并经过特殊化学工艺活化接枝，低温下能够使橡胶分子链保持较好的运动能力，提升胶料弹性。
由以上实施例及对比例的对比数据可以得知，在胎面配方组分中使用二壬酸一缩二乙二醇酯和冰雪剂D-6080组分，在常温下胶料的物理性能与未添加两种组分的对比例，在拉伸强度、扯断伸长率、定伸应力、硬度、撕裂强度、抗切割能力上性能相当；在-25℃试验条件下，添加了二壬酸一缩二乙二醇酯和冰雪剂D-6080组分的胎面胶与对比例，通过常温与-25℃下的物理性能对比发现，添加了二壬酸一缩二乙二醇酯和冰雪剂D-6080组分后，在-25℃条件下依然能保持较好的物理性能，在硬度、扯断伸长率、拉伸强度、定伸应力方面都较对比例有明显优势，硬度增加量小，扯断伸长率下降幅度低，胶料弹性更好，抗切割性能优势明显。可以看出在低温使用条件下，轮胎在抗湿滑性能、抗低温裂口增加及抗切割性能上较未添加两种组分的轮胎具有明显优势。
尽管通过优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：天然橡胶40-60份、高顺式顺丁橡胶10-20份、丁苯橡胶30-50份、炭黑20-40份、白炭黑10-25份、硅烷偶联剂1-2.5份、均匀剂3-5份、芳纶短纤维3-7份、冰雪剂D-60806-8份、二壬酸一缩二乙二醇酯6-10份、环氧大豆油10-15份、抗撕裂树脂6-8份、增粘树脂1-3份、防老剂3-5份、微晶蜡1-2份、氧化锌3-5份、硬脂酸1-2份、硫黄1.2-2.0份、促进剂0.8-2份。
2.如权利要求1所述的矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，所述天然橡胶采用20#标准胶或3#烟片胶；所述顺丁橡胶为顺式1，4-聚丁二烯含量90％以上的镍系顺丁橡胶；所述丁苯橡胶为乳聚丁苯橡胶1502E。
3.如权利要求1所述的矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，所述炭黑为N115炭黑、N220炭黑、N234炭黑中的一种或两种的组合。
4.如权利要求1所述的矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，所述白碳黑为比表面积160-180m2/g的HD175MP或1165MP；所述硅烷偶联剂为液体Si69或Si75。
5.如权利要求1所述的矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，所述芳纶短纤维为对位芳纶纤维Sulfron3001。
6.如权利要求1所述的矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，所述抗撕裂树脂采用脂肪族抗撕裂树脂、改性双环戊二烯树脂或多环碳氢共聚树脂；所述增粘树脂采用对特辛基酚醛树脂或对特辛基苯酚甲醛增粘树脂。
7.如权利要求1所述的矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，所述均匀剂为芳香烃树脂混合物40MSF。
8.如权利要求1所述的矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，所述防老剂包括对苯二胺类防老剂40201.5-2.5份和酮胺类防老剂RD 1.5-2.5份。
9.如权利要求1所述的矿用耐寒轮胎胎面胶，其特征在于，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂CZ或NS，和胍类促进剂DPG。
10.如权利要求1-10任一项所述的矿用耐寒轮胎胎面胶的制备方法，其特征在于，包括以下混炼步骤：
S1白碳黑表面预处理：将白碳黑装入搅拌釜中，在55-70rpm的速度下进行搅拌的同时逐步滴入硅烷偶联剂，在130-135℃条件下搅拌30min以上，直至无明显淡黄色液体残留后取出，放置备用；
S2一段混炼：将天然橡胶、高顺式顺丁橡胶、丁苯橡胶、均匀剂、冰雪剂投入密炼机，在35-40rpm的转速下混炼30-35s，随后将步骤S1的表面预处理白碳黑、部分炭黑、部分抗撕裂树脂、增粘树脂、二壬酸一缩二乙二醇酯、环氧大豆油、部分防老剂、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸投入到密炼机中进行混炼，转子转速为39-43rpm，30-35s提栓清扫一次，温度达到120-130℃时提栓再压栓，混炼至胶料温度达到155-165℃时排胶，将一段母胶放置于室内冷却4-6h后进行二段混炼；
S3二段混炼：将步骤S2的一段母胶再次投入密炼机，转子转速为36-40rpm，30-35s后提栓，然后再加入剩余炭黑、剩余抗撕裂树脂、芳纶短纤维、剩余防老剂，转速35-37rpm，温度达到120-130℃时提栓再压栓，胶料温度达到150-155℃时排胶，将二段母胶放置于室温冷却4-6h后进行终炼；
S4终炼：将步骤S3的二段母胶和硫黄、促进剂投入密炼机，转子转速为27-32rpm，每隔25-30s提栓再压栓一次，三次提栓压栓后排胶，再经过开炼机薄通下片，即得矿用耐寒轮胎胎面胶。
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- 2021-12-15 CN CN202111535053.XA patent/CN114133632B/zh active Active
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