CN114409980B - 一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物和制备工艺及轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎制造领域，尤其是一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物和制备工艺及轮胎，橡胶组合物包括溶聚丁苯橡胶A，其苯乙烯含量占总胶含量的34~42%，溶聚丁苯橡胶A的重均分子量Mw需满足要求：50万＜Mw＜250万；溶聚丁苯橡胶A的使用份数相对于100质量份的橡胶组合物为40~80份；橡胶组合物还包括溶聚丁苯橡胶B，其苯乙烯含量占总胶含量的10~33%，溶聚丁苯橡胶B的重均分子量Mw需满足要求：20万＜Mw＜100万；溶聚丁苯橡胶B的使用份数相对于100质量份的橡胶组合物为10~30份；橡胶组合物还包括天然橡胶C和α‑甲基苯乙烯树脂，该树脂的软化点需在60~100℃之间，重均分子量Mw需满足要求：500＜Mw＜3000。本发明使得胎面胶的抗磨耗性能提升显著并保持滚动阻力基本不变。

Description

一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物和制备工艺及轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎制造领域，尤其是一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物和制备工艺及轮胎。

背景技术

白炭黑应用在轮胎的胎面胶中，有提高湿地抓着能力、降低轮胎滚阻的作用。但是，由于白炭黑是极性物质，在非极性的橡胶中比较难分散，导致其对橡胶的补强作用不如炭黑。填料对橡胶补强的降低，带来轮胎的抗磨耗性恶化。因此，同时降低轮胎的滚动阻力，提升抗磨耗性性能，是轮胎行业亟待解决的重点和难点。

在中国发明专利（公开号：CN112708174A，公开日：20210427）中，公开了一种不相容的橡胶组合物及筛选方法。在这该发明中，设计了一种有两个玻璃化转变温度（Tg）的橡胶组合物，取得了抗磨耗和滚动阻力的平衡。如图1所示，两个Tg点满足要求0℃＜T2-T1＜20℃。

该发明虽然提升了磨耗和滚阻的平衡性，但是，该方法存在不足的是：（1）两个Tg点差异虽然在20℃以内，但是由于两种橡胶存在不相容，在图中体现为两个峰的分离非常明显，轮胎的抗磨耗性能也不够优异；（2）轮胎的滚动阻力还需要进一步优化。

在中国发明专利（公开号：CN110387072A，公开日：20191029）中，公开了一种轮胎胎面胶及其炼胶方法。该胎面胶通过含有特定含量苯乙烯的第一溶聚丁苯橡胶和第二溶聚丁苯橡胶与顺丁橡胶联用，同时协同使用3-辛酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷和α-甲基苯乙烯树脂以及其他辅料。该胎面胶应用到轮胎中能够表现出了较优的滚阻和湿滑性能，能够满足基本的四季需求，即气温不低于-10℃时，胶料性能也不会下降；同时该胎面胶加工性能良好，得到非常理想的效果。

该发明虽然降低了轮胎的滚阻，但无法提升轮胎的抗磨耗性能。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物和制备工艺及轮胎，通过加入含有特定含量苯乙烯的溶聚丁苯橡胶A和溶聚丁苯橡胶B，并配合天然橡胶C和α-甲基苯乙烯树脂，使轮胎的抗磨耗性能显著提高，同时保持轮胎滚阻不变。

为本发明的目的，采用以下技术方案予以实施：

一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物，包含两种以上聚合物组分和至少包含白炭黑的填料，其中：所述橡胶组合物在胶料中微观相分离为两相，表现为在橡胶组合物硫化后，滞后因子tanδ的温度扫描曲线有两个峰值，对应温度低的峰值的温度记做T1，对应温度高的峰值的温度记做T2；所述T1与T2的关系需满足10℃＜T2-T1＜20℃；

橡胶组合物包括溶聚丁苯橡胶A，其苯乙烯含量占总胶含量的34~42%，溶聚丁苯橡胶A的重均分子量Mw需满足要求：50万＜ Mw ＜ 250万；溶聚丁苯橡胶A的使用份数相对于100质量份的橡胶组合物为40~80份；

橡胶组合物还包括溶聚丁苯橡胶B，其苯乙烯含量占总胶含量的10~33%，溶聚丁苯橡胶B的重均分子量Mw需满足要求：20万＜ Mw ＜ 100万；溶聚丁苯橡胶B的使用份数相对于100质量份的橡胶组合物为10~30份；

橡胶组合物还包括天然橡胶C，天然橡胶C的重均分子量Mw需满足范围：120万＜Mw ＜ 270万；天然橡胶C的使用份数相对于100质量份的橡胶组合物20~60份；

橡胶组合物还包括α-甲基苯乙烯树脂，该树脂的软化点需在60~100℃之间，玻璃化转变温度Tg在20~60℃之间，重均分子量Mw需满足要求：500＜ Mw ＜ 3000，溶解度参数在8.5~9.5之间；树脂的使用份数为20~40份。

作为优选，橡胶组合物还包括含有50~120份的白炭黑，4~10份的硅烷偶联剂，1~3份的氧化锌，1~3份的硬脂酸，1~4份的硫磺，0.5~3.5份的促进剂CZ。

作为优选，橡胶组合物还包括含有ZnO 1.5份，硬脂酸2.0份，防老剂4020 2.0份，微晶蜡 2.0份，促进剂CZ 2.0份，促进剂DPG 0.5份，硫磺1.7份。

一种轮胎，该轮胎的胎面胶采用上述的橡胶组合物。

一种制备上述的橡胶组合物的工艺，使用串联式一次法密炼机，控制密炼机转子速度10-60rpm，上顶栓压力55N/cm2，密炼机冷却水温度30-40℃，包括以下步骤：

一、上辅机工艺：

①加入橡胶、白炭黑、炭黑、白炭黑分散剂、硅烷偶联剂、硬脂酸、防老剂6PPD、抓地树脂，压上顶栓保持60秒；

②升上顶栓，保持5秒；

③压上顶栓使胶料升温至145℃；

④提上顶栓加入氧化锌；

⑤压上顶栓使胶料在145℃恒温混炼60秒；

⑥将胶料排至下辅机；

二、下辅机工艺：

①使胶料升温至145℃；

②145℃恒温混炼250秒；

③排胶至开炼机，翻炼冷却胶料至90-100℃，在开炼机上加入硫化剂，分散均匀，下片冷却至室温。

综上所述，本发明的优点是通过溶聚丁苯橡胶A和溶聚丁苯橡胶B的苯乙烯含量、分子量等的调控，并配合天然橡胶C和树脂，以及树脂的软化点、分子量的调控，使得该橡胶组合物硫化后的胎面胶的抗磨耗性能提升显著并保持滚动阻力基本不变。

附图说明

图1为现有技术中橡胶组合物G^‘’（粘性模量）的温度扫描曲线。

图2为本申请中橡胶组合物tanδ（滞后因子）的温度扫描曲线。

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，进而进一步解释发明。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。

本发明具体由以下几部分构成：

（1）本发明提供一种不同为一种橡胶组合物，其包括：包含两种以上聚合物组分和至少包含白炭黑的填料，其中：所述橡胶组分在胶料中微观相分离为两相。表现为滞后因子tanδ的温度扫描曲线的有两个峰值。

（2）所述两个的聚合物相中，tanδ的温度扫描曲线的峰值温度，对应温度低的峰值的温度记做T1，对应温度高的峰值的温度记做T2。所述T1与T2的关系需满足10℃＜T2-T1＜20℃。

（3）橡胶组合物中需含有溶聚丁苯橡胶A，其苯乙烯含量占总胶含量的34~42%，A橡胶的重均分子量Mw需满足要求：50万＜ Mw ＜ 250万。A橡胶的使用份数在40~80份（以配方中橡胶总含量为100质量份计算，下同）

（4）橡胶组合物中需含有溶聚丁苯橡胶B，其苯乙烯含量占总胶含量的10~33%，B橡胶的重均分子量Mw需满足要求：20万＜ Mw ＜ 100万。B橡胶的使用份数在10~30份。

（5）橡胶组合物中需含有天然橡胶C，重均分子量Mw需满足范围：120万＜ Mw ＜270万。天然橡胶B的使用份数在20~60份。

（6）橡胶组合物中需含有α-甲基苯乙烯树脂，该树脂的软化点需在60~100℃之间，玻璃化转变温度Tg在20~60℃之间，重均分子量Mw需满足要求：500＜ Mw ＜ 3000，溶解度参数在8.5~9.5之间。

（7）橡胶组合物中还需含有50~120份的白炭黑，4~10份的硅烷偶联剂，1~3份的氧化锌，1~3份的硬脂酸，1~4份的硫磺，0.5~3.5份的促进剂CZ。

对比例与实施例1到4，具体如表1所示。对比例为中国发明专利CN112708174A中公开的一款低滚阻耐磨耗的轮胎胎面配方。

对比例与实施例的主要性能如表1所示。

表1：

原材料	对比例	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	比较例1	比较例2	比较例3
									溶聚丁苯橡胶A*	0	50	60	50	30	50	20	60
溶聚丁苯橡胶B*	0	20	15	10	30	20	70	15
									天然橡胶C*	50	30	25	40	40	30	10	0
溶聚丁苯橡胶D*	50	0	0	0	0	0	0	0
									顺丁橡胶E*	0	0	0	0	0	0	0	25
白炭黑*	50	70	70	80	70	70	70	70
									硅烷偶联剂Si69*	4.0	5.6	5.6	6.4	5.6	5.6	5.6	5.6
α-甲基苯乙烯树脂*	0	20	20	30	40	0	20	20
									合计软化油*	32.5	32.5	32.5	32.5	32.5	32.5	32.5	32.5
其它原材料*	11.7	11.7	11.7	11.7	11.7	11.7	11.7	11.7
									总份数	198.2	239.8	239.8	260.6	259.8	219.6	239.6	239.6
tan峰的个数	2	2	2	2	2	2	1	1
									T2-T1（℃）	13	15	17	10	13	20	无	无
抗磨耗性指数	100	124	117	127	118	104	103	104
									滚动阻力指数	100	99	102	96	88	95	100	103

*1：溶聚丁苯橡胶A的商品名为E581，苯乙烯质量占聚合物的总重的36%，重均分子量Mw为202万，日本旭化成产品。

*2：溶聚丁苯橡胶B的商品名为NS612，苯乙烯质量占聚合物总重的10%，。重均分子量Mw为51万，日本瑞翁公司产品。

*3：天然橡胶C的牌号为越南3L，重均分子量为250W。

*4：溶聚丁苯橡胶D的商品名为NS560，苯乙烯质量占聚合物总重的42%，重均分子量Mw为66万，日本瑞翁公司产品。

*5：顺丁橡胶E的商品名为CB24，德国阿朗新科公司产品。

*6：白炭黑的商品名为1165MP，索尔维化工产品。

*7：硅烷偶联剂Si69，景德镇宏柏化工产品

*8：树脂的商品名为SYLVATRAXX 4401，软化点85℃，重均分子量为Mw为2000，美国亚利桑那公司产品。

*9：合计软化油为溶聚丁苯中的油和配方中额外添加油的总和。

*10：其它原材料包括ZnO 1.5，硬脂酸2.0，防老剂4020 2.0，微晶蜡 2.0，促进剂CZ 2.0，促进剂DPG 0.5，硫磺1.7。合计11.7份。

上述配方胶料制备工艺如下所示：

使用串联式一次法密炼机，控制密炼机转子速度10-60rpm，上顶栓压力55N/cm2，密炼机冷却水温度30-40℃，包括以下步骤：

一、上辅机工艺：

①加入橡胶、白炭黑、炭黑、白炭黑分散剂、硅烷偶联剂、硬脂酸、防老剂6PPD、抓地树脂，压上顶栓保持60秒；

②升上顶栓，保持5秒；

③压上顶栓使胶料升温至145℃；

④提上顶栓加入氧化锌；

⑤压上顶栓使胶料在145℃恒温混炼60秒；

⑥将胶料排至下辅机。

二、下辅机工艺：

①使胶料升温至145℃；

②145℃恒温混炼250秒；

③排胶至开炼机，翻炼冷却胶料至90-100℃，在开炼机上加入硫化剂，分散均匀，下片冷却至室温。

将混炼得到的胶料在预先准备的模具中进行硫化，硫化的条件为160℃×15min，压力为15MPa。然后使用以下所示的测试方法对其测定硫化橡胶的各项性能。用于评价橡胶物理性能的测试方法。

抗磨耗指数，改良型兰伯恩磨耗试验机AB-1154（日本上岛公司制造），测试条件为：路面转盘速率100m/min，样品转盘速速率133.3m/min，滑移率25%。以对比例的测试结果为100计算，得到实施例和比较例的结果。该值越高，胎面胶的抗磨耗性能越好。

滚动阻力指数，动态力学分析仪（DMA）为VR-7120型动态热机械分析仪（日本上岛公司制造）用于测定硫化橡胶的动态性能，测试条件为：拉伸模式；频率，12Hz；静应变7%，动应变0.25%；温升速率，2℃/min。60℃下的tanδ值表征硫化橡胶的滚动阻力。以对比例的60℃的tanδ值为100计算，得到实施例和比较例的结果。该值越高，滚动阻力越低。

有益效果：使用DMA测试中60℃的滞后因子tanδ表征轮胎的滚动阻力，使用阿克隆磨耗表征轮胎的抗磨耗性能。使用上面的发明方法，胎面胶的滚动阻力基本不变，抗磨耗性能提升显著。

Claims (3)

1.一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物在胶料中微观相分离为两相，表现为在橡胶组合物硫化后，滞后因子tanδ的温度扫描曲线有两个峰值，对应温度低的峰值的温度记做T1，对应温度高的峰值的温度记做T2；所述T1与T2的关系需满足10℃＜T2-T1＜20℃；其特征在于，

橡胶组合物包括溶聚丁苯橡胶A，溶聚丁苯橡胶A的商品名为E581，苯乙烯质量占聚合物的总重的36%，重均分子量Mw为202万，日本旭化成产品；溶聚丁苯橡胶A的使用份数相对于100质量份的橡胶总含量为40~80份；

橡胶组合物还包括溶聚丁苯橡胶B，溶聚丁苯橡胶B的商品名为NS612，苯乙烯质量占聚合物总重的10%，重均分子量Mw为51万，日本瑞翁公司产品；溶聚丁苯橡胶B的使用份数相对于100质量份的橡胶总含量为10~30份；

橡胶组合物还包括天然橡胶C，天然橡胶C的重均分子量Mw需满足范围：120万＜ Mw ＜270万；天然橡胶C的使用份数相对于100质量份的橡胶总含量为20~60份；

橡胶组合物还包括α-甲基苯乙烯树脂，该树脂的软化点需在60~100℃之间，玻璃化转变温度Tg在20~60℃之间，重均分子量Mw需满足要求：500＜ Mw ＜ 3000，溶解度参数在8.5~9.5之间；树脂的使用份数为20~40份；

橡胶组合物还包括含有50~120份的白炭黑，4~10份的硅烷偶联剂，1~3份的氧化锌，1~3份的硬脂酸，1~4份的硫磺，0.5~3.5份的促进剂CZ。

2.根据权利要求1所述的一种抗耐磨低滚阻的橡胶组合物，其特征在于，溶聚丁苯橡胶A为50-60份，溶聚丁苯橡胶B为15-25份，天然橡胶C为30-40份，α-甲基苯乙烯树脂20-35份。

3.一种轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面胶采用权利要求1-2任意一项权利要求所述的橡胶组合物硫化制得。