CN114163698B - 高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶及其制备方法，属于矿用工程轮胎技术领域。其技术方案为：以重量份计，包括以下组分：天然橡胶100份、炭黑45‑60份、氧化锌6‑8份、硬脂酸0.4‑0.55份、防老剂2‑2.5份、粘合剂6‑8份、间甲白增硬体系2‑5份、钴盐0.3‑0.5份、高耐久改性剂DC‑01T 0.5‑1.2份、塑解剂0.1‑0.2份、炭黑分散剂1‑2份、不溶性硫磺5‑8份、促进剂0.7‑1份、防焦剂0.15‑0.3份。本发明解决了现有技术存在的带束层胶料耐久性能不足、生热较高的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及矿用工程轮胎技术领域，具体涉及一种高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶及其制备方法。
背景技术
随着工程车辆的急速发展，对于工程轮胎的要求也越来越高，与普通乘用车轮胎相比，虽然工程车辆速度较慢，但是其载重量远超常规轮胎，且工作环境更加恶劣，因此对于轮胎的耐久性能考验极大。
经过对矿用工程轮胎的失效研究发现，在对于轮胎强度的性能要求之外，决定轮胎使用寿命长短的主要制约因素是轮胎的耐久性能及生热性能。现阶段肩空脱层问题是导致工程轮胎失效的主要问题之一，严重影响轮胎使用寿命。经过对市场失效返回胎分析后发现，带束层端点位置出现早期裂口后迅速扩散导致大范围裂口是导致轮胎出现脱层肩空问题的主要原因。带束层裂口产生原因有带束层端点部位胶料受力较大，肩部生热高及积聚时间长导致胶料性能下降，带束层夹胶胶料抗裂口性能不足等因素，因此提供一种能够提高耐久性能与低生热性能的抗撕裂带束层胶料成为解决工程轮胎肩空脱层的重点研究方向。
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，提供一种高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶及其制备方法，以解决现有技术存在的带束层胶料耐久性能不足、生热较高的缺点。
本发明的技术方案为：
一方面，本发明提供了一种高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶，以重量份计，包括以下组分：天然橡胶100份、炭黑45-60份、氧化锌6-8份、硬脂酸0.4-0.55份、防老剂2-2.5份、粘合剂6-8份、间甲白增硬体系2-5份、钴盐0.3-0.5份、高耐久改性剂DC-01T 0.5-1.2份、塑解剂 0.1-0.2份、炭黑分散剂1-2份、不溶性硫磺5-8份、促进剂0.7-1份、防焦剂0.15-0.3份。
其中，高耐久改性剂DC-01T是由大冢化学管理(上海)有限公司开发出的产品，为多功能改性的马来酸酐类有机化合物添加剂，兼具降低生热，耐热老化，抗疲劳裂纹，抗硫化返原等多种作用。
优选地，所述天然橡胶为20#标准胶或RSS3#烟片胶。
优选地，所述炭黑为N326炭黑。
优选地，所述粘合剂为由反应型烃类中分子、非金属络合物、界面亲和等粘合及耐老化物质经特定粉体自团聚工艺技术制成的一种具有高效粘合功能的耐热型粘合剂LG-80（产自青岛金瑞纳橡胶科技有限公司）。
优选地，所述间甲白增硬体系为间苯二酚与六亚甲基四胺、白碳黑并用体系组合物RA-65与SL-3023。
优选地，所述钴盐为硼酸化钴或癸酸钴。
优选地，所述塑解剂为五氯硫酚加活化剂和分散剂的混合物塑解剂SJ-103
优选地，所述炭黑分散剂为不饱和脂肪酸锌盐FNS-78T。
优选地，所述不溶性硫磺为OT10、OT20或IS7020；所述促进剂为次磺酰胺类促进剂DZ；所述防焦剂为高活性防焦剂CTP。
另一方面，本发明还提供了上述高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶的制备方法，包括以下步骤：
S1一段混炼
预先将天然橡胶加入塑解剂投入密炼机进行塑炼，然后将得到的塑炼天然橡胶、部分炭黑投入密炼机中混炼30-35s，之后向密炼机中加入氧化锌、硬脂酸、部分防老剂、粘合剂、间甲白増硬体系，在转速36-42rpm下进行混炼，每隔30-35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到160-165℃时排胶下片，在室温条件下放置4-6h以上，得到冷却后的一段母胶，随后对其进行二段混炼；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶及剩余炭黑、剩余防老剂、炭黑分散剂、钴盐、高耐久改性剂DC-01T同步投入密炼机中，在37-40rpm转速下进行混炼，每隔30-35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到160-165℃时进行排胶落片，在室温条件下放置4-6h以上，得到冷却后的二段母胶，随后对其进行终炼；
S3终炼
将步骤S2的二段母胶及不溶性硫磺、促进剂、防焦剂投入密炼机中，在27-30rpm转速下进行混炼，依次间隔30-35s、25-30s、15-20s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到95-100℃时排胶下片，放置冷却后即得矿用工程轮胎带束层胶。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
使用本发明制备的带束层胶料在降低生热、提升耐久性能与抗裂纹疲劳增长性能等方面具有极大地提升，解决了轮胎使用过程中带束层生热高，易老化撕裂导致轮胎肩空脱层病象问题的发生，进而为轮胎带来明显的寿命提升。
具体实施方式
实施例1-4及对比例1-2的带束层胶配方如表1所示：
表1
实施例1-4及对比例1-2的带束层胶的制备方法包括以下步骤：
S1一段混炼
预先将天然橡胶加入塑解剂投入密炼机进行塑炼，然后将100份的塑炼天然橡胶、40份的炭黑投入密炼机中混炼30s，之后密炼机中加入氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、粘合剂、间甲白増硬体系，在转速36rpm下进行混炼，每隔30s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到160℃时排胶下片，在室温条件下放置4h得到冷却后的一段母胶，随后对其进行二段混炼；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶及剩余炭黑、防老剂4020、炭黑分散剂、钴盐、高耐久改性剂同步投入密炼机中，在37rpm转速下进行混炼，每隔30s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到160℃时进行排胶落片，在室温条件下放置4h得到冷却后的二段母胶，随后对其进行终炼；
S3终炼
将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂、防焦剂投入密炼机中，在27rpm转速下进行混炼，依次间隔30s、25s、15s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到95℃时排胶下片，放置冷却后即得所述矿用工程轮胎带束层胶橡胶组合物。
对实施例1-4及对比例1-2制备的矿用工程轮胎带束层胶进行性能测试，测试结果如表2所示。
裂口增长采用裂口增长测试仪测试，测试条件：行程8mm，频率3Hz，次数6W次。
表2
为了验证高耐久改性剂DC-01T和耐热型粘合剂LG-80与常见抗返原剂和增粘树脂材料之间的差异，进行如下实施例对比。
实施例5与对比例3-4、实施例6与对比例5-6的带束层胶的配方如表3所示：
表3
实施例5-6及对比例3-6的胎面胶的制备方法包括以下步骤：
S1一段混炼
预先将天然橡胶加入塑解剂投入密炼机进行塑炼，然后将100份的塑炼天然橡胶、40份的炭黑投入密炼机中混炼35s，之后密炼机中加入氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、粘合剂、间甲白体系，在转速42rpm下进行混炼，每隔35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165℃时排胶下片，在室温条件下放置6h以上得到冷却后的一段母胶，随后对其进行二段混炼；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶及剩余炭黑、防老剂4020、炭黑分散剂、钴盐、高耐久助剂同步投入密炼机中，在40rpm转速下进行混炼，每隔35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165℃时进行排胶落片，在室温条件下放置6h得到冷却后的二段母胶，随后对其进行终炼；
S3终炼
将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂、防焦剂投入密炼机中，在30rpm转速下进行混炼，依次间隔35s、30s、20s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到100℃时排胶下片，放置冷却后即得所述矿用工程轮胎带束层胶橡胶组合物。
对实施例5-6及对比例3-6制备的矿用工程轮胎带束层胶进行性能测试，测试结果如表4所示：
表4
| 物性测试项目 | 对比例3 | 对比例4 | 实施例5 | 对比例5 | 对比例6 | 实施例6 |
| 返原Rev97/min | 94 | 96 | 109 | 85 | 81 | 84 |
| 拉伸强度/MPa | 26.3 | 26.7 | 27.8 | 26.4 | 26.0 | 26.9 |
| 100%定伸应力/MPa | 3.6 | 3.4 | 3.6 | 3.2 | 3.0 | 3.2 |
| 300%定伸应力/MPa | 18.3 | 17.7 | 18.9 | 18.2 | 17.7 | 18.1 |
| 扯断伸长率/% | 396 | 387 | 403 | 407 | 422 | 427 |
| 邵氏硬度A/度 | 70 | 70 | 70 | 66 | 65 | 66 |
| 撕裂强度 KN/m | 87 | 88 | 96 | 93 | 97 | 106 |
| 裂口增长/mm | 27 | 29 | 24 | 23 | 25 | 18 |
| 老化保持率/% | 63 | 66 | 70 | 57 | 59 | 65 |
| 压缩生热/℃ | 31 | 31 | 28 | 36 | 35 | 31 |
| 60℃Tanδ | 0.1227 | 0.1223 | 0.1083 | 0.1297 | 0.1295 | 0.1231 |
本发明采用的高耐久改性剂DC-01T是采用多种多功能改性基团合成的马来酸酐类有机化合物添加剂，可以帮助炭黑在橡胶中更好的分散，降低Payne效应，从而达到降低生热的效果；同时DC-01T能与氧化锌生成络合物，从而催化S形成更稳定的短硫键，进而明显提升胶料的耐热老化、抗裂纹疲劳和抗硫化返原能力。而与之相比的本领域常用的抗返原剂WK-901为1，3一双(柠糠酞压胺甲基)苯，本身不参与硫化反应，只有发生硫化返原时才进行补偿交联，形成热稳定的碳-碳交联键，以补偿硫化返原损失的硫黄硫化交联键，保持交联密度，起作用时胶料已经发生返原现象，因此耐久效果不如本发明的DC-01T。
耐热型粘合剂LG-80是采用反应型烃类中分子、非金属络合物、界面亲和等粘合及耐老化物质制成的一种粘合功能新材料，LG-80中的非金属化合物、中小分子烃类不饱和键等易浸润的多种材料同时参与粘合反应，能够显著提高橡胶与钢丝、聚酯、尼龙等骨架材料之间的初始粘合与老化后粘合强度，提高撕裂性能；同时LG-80中含有能有效捕捉及反应消耗半成品压出时易受热膨胀的小分子，减少气孔率，并通过纳米材料的空隙充实提高胶料的密实性，确保带束层部位不会受到氧气及水汽的侵蚀，提高耐热及耐久性能。而与之相比本领域常用的增粘树脂为苯酚类增粘树脂，仅依靠自身的粘性提高胶料粘性，但是会导致生热增加。
由以上实施例及对比例的对比数据可以得知，在带束层胶料配方组分中，使用高耐久改性剂DC-01T和耐热型粘合剂LG-80组分后，胶料依然能够保持较好的拉伸强度、断裂伸长率、100%定伸应力、300%定伸应力及硬度；硫化返原时间延长，抗返原性能明显提升；撕裂强度及抗裂口增长能力也均有提升；生热降低的同时提高了胶料的老化保持率。因此使用本发明制备的带束层胶料在降低生热、提升耐久性能与抗裂纹疲劳增长性能等方面具有极大地提升，解决了轮胎使用过程中带束层生热高，易老化撕裂导致轮胎肩空脱层病象问题的发生，进而为轮胎带来明显的寿命提升。
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 (3)
1.高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：天然橡胶100份、N326炭黑45份、氧化锌8份、硬脂酸0.4份、防老剂RD 2份、防老剂4020 2份、粘合剂LG-80 6份、RA-65 3份、SL-3023 1.2份、葵酸钴0.3份、高耐久改性剂DC-01T 0.5份、塑解剂SJ-103 0.15份、炭黑分散剂FNS-78T 1份、不溶性硫磺OT-20 5份、促进剂DZ 0.8份、防焦剂CTP 0.2份；或者
以重量份计，包括以下组分：天然橡胶100份、N326炭黑60份、氧化锌8份、硬脂酸0.4份、防老剂RD 2份、防老剂4020 2份、粘合剂LG-80 7份、RA-65 3份、SL-3023 1.2份、葵酸钴0.3份、高耐久改性剂DC-01T 0.7份、塑解剂SJ-103 0.15份、炭黑分散剂FNS-78T 1份、不溶性硫磺OT-20 5份、促进剂DZ 0.8份、防焦剂CTP 0.2份；或者
以重量份计，包括以下组分：天然橡胶100份、N326炭黑55份、氧化锌8份、硬脂酸0.4份、防老剂RD 2份、防老剂4020 2份、粘合剂LG-80 7份、RA-65 3份、SL-3023 1.2份、葵酸钴0.3份、高耐久改性剂DC-01T 1份、塑解剂SJ-103 0.15份、炭黑分散剂FNS-78T 1份、不溶性硫磺OT-20 5份、促进剂DZ 0.8份、防焦剂CTP 0.2份；或者
以重量份计，包括以下组分：天然橡胶100份、N326炭黑60份、氧化锌8份、硬脂酸0.4份、防老剂RD 2份、防老剂4020 2份、粘合剂LG-80 8份、RA-65 3份、SL-3023 1.2份、葵酸钴0.3份、高耐久改性剂DC-01T 1.2份、塑解剂SJ-103 0.15份、炭黑分散剂FNS-78T 1份、不溶性硫磺OT-20 5份、促进剂DZ 0.8份、防焦剂CTP 0.2份。
2.如权利要求1所述的高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，所述天然橡胶为20#标准胶或RSS3#烟片胶。
3.如权利要求1所述的高耐久低生热的矿用工程轮胎带束层胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1一段混炼
预先将天然橡胶加入塑解剂投入密炼机进行塑炼，然后将100份的塑炼天然橡胶、40份的炭黑投入密炼机中混炼30s，之后密炼机中加入氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、粘合剂、RA-65、SL-3023，在转速36rpm下进行混炼，每隔30s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到160℃时排胶下片，在室温条件下放置4h得到冷却后的一段母胶，随后对其进行二段混炼；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶及剩余炭黑、防老剂4020、炭黑分散剂、钴盐、高耐久改性剂DC-01T同步投入密炼机中，在37rpm转速下进行混炼，每隔30s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到160℃时进行排胶落片，在室温条件下放置4h得到冷却后的二段母胶，随后对其进行终炼；
S3终炼
将步骤S2的二段母胶及不溶性硫磺、促进剂、防焦剂投入密炼机中，在27rpm转速下进行混炼，依次间隔30s、25s、15s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到95℃时排胶下片，放置冷却后即得所述矿用工程轮胎带束层胶橡胶组合物。
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