CN114425823A - 一种橡胶混炼方法、混炼胶及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及橡胶混炼技术领域，具体涉及一种橡胶混炼方法、混炼胶及应用；本发明改善了混炼胶的混炼均匀性，不仅提高胶料的物理机械性能，还能够提高胶料的动态性能，降低生热和滚阻，提高胶料的抗疲劳性能以及抗裂性能，延长了轮胎的使用寿命，所制备的混炼胶应用于胎侧支撑部件，具有足够刚性、同时兼具足够耐屈挠、耐撕裂以及低生热性能。

Description

一种橡胶混炼方法、混炼胶及应用
技术领域
本发明涉及橡胶混炼技术领域，具体涉及一种橡胶混炼方法、混炼胶及应用。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车已经成为人们生活中必不可少的交通工具，这也推动了轮胎行业的不断创新与进步，更对轮胎在行驶过程中的安全性能提出了更高的要求，特别是轮胎在高速行驶过程中的气压，一旦出现漏气，轮胎气压降低，汽车势必失去平衡无法正常行驶和控制方向，所以在这种形势下提高轮胎侧部的刚性，提升轮胎在低气压或者无气压的情况下还具有一定支撑力和行驶性能是各大轮胎制造厂商追求的方向。
具备这种耐屈扰强支撑部件的轮胎，其原理是在轮胎胎侧部位增加具有足够刚性，同时兼具足够耐屈挠、耐撕裂、低生热的胶部件，使得轮胎在低气压或者无气压的情况下行驶，车辆仍能以一定的速度行驶一定的距离。
由于轮胎在气压降低时该支撑部分为主要受力部件，致使该部件生热增加，同时由于该部件厚度增加明显，热效应和疲劳损坏会加剧轮胎损坏。这就要求该胶料不仅具有优异的物理机械性能和良好的动态性能，同时要求生产支撑胶胶料的混炼工艺制定合理、优异，从而避免胶料混炼不良而降低支撑胶部件性能及使用寿命。
综上所述，研发一种橡胶混炼方法、混炼胶及应用，仍是橡胶混炼技术领域中急需解决的关键问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供一种橡胶混炼方法、混炼胶及应用，本发明不仅保证配方各组分分散均匀，同时也能降低混炼能耗，此外，还具有较高的弹性和较低的压缩生热，降低滚动阻力，提高了轮胎的耐久性能，并具有优异的抗裂性能，延长其使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明的第一方面：提供了一种橡胶混炼方法，包括以下步骤：
（1）塑炼：称取天然橡胶和环保塑解剂置于开炼机中进行塑炼，制得天然塑炼胶；
（2）一段混炼：将天然塑炼胶与稀土顺丁胶投入到密炼机，在密炼机转速为50rpm的条件下，炼胶至140℃提上顶栓浮砣90-110s，再投入莫来石纤维、白炭黑、硅烷偶联剂以及2/3 的炭黑在密炼机中，在密炼机转速为60rpm的条件下，在150℃条件下的条件下，提上顶栓浮砣80-100s，然后调整密炼机转速为60rpm，降至130℃进行混炼，将混炼物卸料压片冷却后，粉碎过筛，得到一段混炼胶颗粒；
（3）二段混炼：取一段混炼胶颗粒置于密炼机中，再加入防老剂6PPD、防老剂TMQ、微晶蜡、活性剂、微晶石蜡以及剩余的1/3的炭黑进行混炼，压片冷却后，在转速为500-600r/min的粉碎机中粉碎，再投入到密炼机中混炼，得到二段混炼胶；
（4）终炼：将冷却停放4-8h后的二段混炼胶，投入到密炼机中，加入芳纶短纤维，当芳纶短纤维完全融入橡胶中后，再加入不溶性硫磺、促进剂TBBS、促进剂DPG和防焦剂CTP，终炼，得到终炼胶；
（5）冷却停放：终炼胶经开炼机出片经过冷却水槽冷却、风扇冷却，然后停放8h后可投入使用，完成混炼胶的制备。
本发明进一步的设置为：在步骤（2）中，所述的粉碎过筛是将压片后的混炼物置于300-400r/min的粉碎机中粉碎，并过200目筛。
本发明进一步的设置为：在步骤（3）中，所述的密炼机转速为45r/min，压栓至155℃进行排胶。
本发明进一步的设置为：在步骤（4）中，在终炼35s后，提栓扫料，压上顶栓再混120-130s排胶，炼胶温度达到94-98℃进行排胶，冷却停放得到终炼胶。
本发明的第二方面：还提供了一种混炼胶，包括如下重量份的原料：天然橡胶40-80份、环保塑解剂 1-3份、含有近98%的顺式-1,4结构含量的稀土顺丁橡胶20-60份、白炭黑15-30份、硅烷偶联剂1.8-3份、炭黑30-40份、活性剂5-10份、微晶蜡1-2份、防老剂6PPD 1-2份、防老剂TMQ 1-2份、微晶石蜡0.5-1.5份、不溶性硫磺1.5-2.2份、莫来石纤维2-4份、芳纶短纤维3-6份、促进剂TBBS1.4-2.2份、促进剂DPG 0.3-1.5份、防焦剂CTP0.06-0.2份。
作为优化，本发明采用的稀土顺丁橡胶为含有98%以上的顺式-1,4结构含量的顺丁橡胶CB24，而没有选择常规的镍系或钴系的顺丁胶，因为稀土顺丁相比较于镍系、钴系能使该部件具备较高弹性，良好的机械性能，滞后损失小从而降低生热，而这些特点正是提高轮胎在低气压或者无气压的情况下行驶更长的距离；
作为优化，本发明采用的快压出炉黑N550炭黑，以获得较低的发热性能和优良的挤出半成品部件的性能，之所以选择N550炭黑是因为N550炭黑相比较高耐磨炭黑较低的滞后性能，减少生热以提高轮胎使用寿命，没有选用通用炉黑是因为N66O炭黑赋予胶料的定伸应力、硬度等达不到设计要求：没有选用高耐磨炉黑是因为N375、N330等炭黑生热较高，滞后损失较大，影响轮胎在低气压或者无气压的情况下行驶的距离，即影响轮胎的使用寿命。综合各种因素，最后选择了N550炭黑用。N550炭黑用量不宜过高，N550炭黑过高会导致分散困难，胶料硬度过高，对耐屈挠性能不利，而且生热也高；用量过低补强差，导致支撑部件强度和硬度不足，对刚性不利，影响轮胎的使用寿命。
作为优化，本发明所采用的为高分散白炭黑1165MP，该白炭黑氮吸附比表面积在150-170m2/g，pH值为5.0-8.0；同时在配方中添加了双-[g(三乙氧基硅)丙基]-二硫化物的硅烷偶联剂（Si-75），Si-75可以提高橡胶的弹性模量和拉伸强度，显著改善橡胶的扯断伸长率及撕裂性能，改善压缩性能，同时也可以改善白炭黑在橡胶中的分散性能，降低橡胶的门尼粘度，节约加工能耗。Si-75相比较于Si-69具有是混炼胶具有更高的加工温度，可以降低胶料门尼粘度，保证半成品部件的尺寸稳定性。
作为优选，本发明所述配方还包括防老剂，防老剂由 6PPD和TMQ组成，增加了该部件的动态疲劳性能和抗热老化性能，这也是轮胎公司常用的防老剂。
作为优选，本发明采用的促进剂，品种为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺TBBS，给胶料提供较快的硫化速度和较好的加工安全性，同时， N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺TBBS能够赋予胶料较高的模量。
作为优化，本发明采用的硫磺为高热稳定性的不溶性硫磺HDOT20,减少胶部件喷霜的几率，提高部件内部分子之间粘性作用，减少部件不粘造成的脱层、气泡等缺陷而影响轮胎使用寿命。
作为优选，本发明所述配方还包括抗硫化返原剂PK900即1,3- 双(柠糠酰亚胺甲基)苯,由于轮胎在低气压或者无气压的情况下行驶时，该支撑部件是应力集中部位，致使曲挠变形时该部位温度升高，胶料中的多硫键和双硫键会发生热降解而形成单硫键，从而减少交联密度而使物理机械性能变差。为改善这种情况，配方中引入抗硫化返原剂PK900，PK900是与硫化返原过程产生的共轭双键进行的加成反应形成的C-C交联键，显然PK900形成的C-C交联键不同于单硫键形成的C-C交联键，这种C-C交联键很长，就有非常好的柔顺性，因此，选用PK900部件提高了胶料的热稳定性能，也改善胶料的疲劳性能和动态性能。
作为优选，稀土顺丁胶CB24，采购于朗盛化学（中国）有限公司；天然橡胶SMR20-EC，采购于马来西亚沙巴公司；高分散白炭黑1165MP采购于索尔维精细化工有限公司。
本发明进一步的设置为：所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三硅烷中的任意一种。
本发明进一步的设置为：所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸，其中氧化锌和硬脂酸的质量比为1:2。
作为优选的，氧化锌为间接法生产，纯度大于99.7％，和硬脂酸反应生成高活性的硬脂酸锌。
此外，本发明所提供的混炼胶，硫化后得到具有低生热、高刚性以及较好耐屈挠性，可以用于胎侧耐屈扰强支撑部件，满足轮胎在低气压或者无气压的情况下行驶仍然具有一定的行驶性能和耐久性能。
本发明的第三方面：还提供了上述方法制备的混炼胶在轮胎耐曲扰强支撑部件中的应用。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：
（1）本发明采用变速、分段式投料和混炼方法，制定合理的容量，采用最少混炼段数，不仅保证配方各组分分散均匀，同时也能降低混炼能耗。
（2）本发明采用分子链柔顺的天然橡胶和稀土顺丁橡胶为主体，这两种橡胶分子链柔顺，滞后损失小，温升低，能够降低胶部件的生热，提高轮胎的耐久性能，添加软质炭黑N550、高分散白炭黑1165MP，使得该部件胶料不仅具有较高的弹性和较低的压缩生热，而且白炭黑与硅烷偶联剂Si-75的结合，可以进一步降低滚动阻力。通过本发明的配方设计，不仅提高了该胶部件的耐屈扰性能，提高了轮胎的耐久性能，而且也提高了轮胎的刚性，提供了较高的支撑力。
（3）本发明通过增加莫来石纤维与芳纶短纤维，使得所制备的混炼胶，在轮胎耐曲扰强支撑部件应用中，具有优异的抗裂性能，延长其使用寿命。
附图说明
图1为本发明性能检测中断裂延长率的统计图；
图2为本发明性能检测中撕裂强度的统计图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本发明提供了一种橡胶混炼方法，包括以下步骤：
（1）塑炼：称取天然橡胶和环保塑解剂置于开炼机中进行塑炼，制得天然塑炼胶。
（2）一段混炼：将天然塑炼胶与稀土顺丁胶投入到密炼机，在密炼机转速为50rpm的条件下，炼胶至140℃提上顶栓浮砣90s，再投入莫来石纤维、白炭黑、硅烷偶联剂以及2/3的炭黑在密炼机中，在密炼机转速为60rpm的条件下，在150℃条件下的条件下，提上顶栓浮砣80s，然后调整密炼机转速为60rpm，降至130℃进行混炼，将混炼物卸料压片冷却后，粉碎过筛，得到一段混炼胶颗粒。
进一步的，粉碎过筛是将压片后的混炼物置于300r/min的粉碎机中粉碎，并过200目筛。
（3）二段混炼：取一段混炼胶颗粒置于密炼机中，再加入防老剂6PPD、防老剂TMQ、微晶蜡、活性剂、微晶石蜡以及剩余的1/3的炭黑进行混炼，压片冷却后，在转速为500r/min的粉碎机中粉碎，再投入到密炼机中混炼，得到二段混炼胶。
进一步的，密炼机转速为45r/min，压栓至155℃进行排胶。
（4）终炼：将冷却停放4h后的二段混炼胶，投入到密炼机中，加入芳纶短纤维，当芳纶短纤维完全融入橡胶中后，再加入不溶性硫磺、促进剂TBBS、促进剂DPG和防焦剂CTP，终炼，得到终炼胶。
进一步的，在终炼35s后，提栓扫料，压上顶栓再混120s排胶，炼胶温度达到94℃进行排胶，冷却停放得到终炼胶。
（5）冷却停放：终炼胶经开炼机出片经过冷却水槽冷却、风扇冷却，然后停放8h后可投入使用，完成混炼胶的制备。
本发明还提供了一种混炼胶，包括如下重量份的原料：天然橡胶40份、环保塑解剂1份、含有近98%的顺式-1,4结构含量的稀土顺丁橡胶20份、白炭黑15份、硅烷偶联剂1.8份、炭黑30份、活性剂5份、微晶蜡1份、防老剂6PPD 1份、防老剂TMQ 1份、微晶石蜡0.5份、不溶性硫磺1.5份、莫来石纤维2份、芳纶短纤维3份、促进剂TBBS1.4份、促进剂DPG 0.3份、防焦剂CTP0.06份。
进一步的，硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷。
进一步的，活性剂为氧化锌和硬脂酸，其中氧化锌和硬脂酸的质量比为1:2。
此外，本发明所制备的混炼胶能够应在轮胎耐曲扰强支撑部件中。
实施例2
本实施例所提供的一种橡胶混炼方法、混炼胶及应用大致和实施例1相同，其主要区别在于：
包括如下重量份的原料：天然橡胶60份、环保塑解剂 2份、含有近98%的顺式-1,4结构含量的稀土顺丁橡胶40份、白炭黑22份、硅烷偶联剂2.4份、炭黑35份、活性剂7份、微晶蜡2份、防老剂6PPD 2份、防老剂TMQ 2份、微晶石蜡1份、不溶性硫磺2份、莫来石纤维3份、芳纶短纤维4份、促进剂TBBS1.8份、促进剂DPG 1份、防焦剂CTP0.1份；
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷；
在步骤（2）中，将天然塑炼胶与稀土顺丁胶投入到密炼机，在密炼机转速为50rpm的条件下，炼胶至140℃提上顶栓浮砣100s，再投入莫来石纤维、白炭黑、硅烷偶联剂以及2/3 的炭黑在密炼机中，在密炼机转速为60rpm的条件下，在150℃条件下的条件下，提上顶栓浮砣90s，然后调整密炼机转速为60rpm，降至130℃进行混炼，将混炼物卸料压片冷却后，粉碎过筛，得到一段混炼胶颗粒。
进一步的，粉碎过筛是将压片后的混炼物置于350r/min的粉碎机中粉碎，并过200目筛；
在步骤（3）中，取一段混炼胶颗粒置于密炼机中，再加入防老剂6PPD、防老剂TMQ、微晶蜡、活性剂、微晶石蜡以及剩余的1/3的炭黑进行混炼，压片冷却后，在转速为550r/min的粉碎机中粉碎，再投入到密炼机中混炼，得到二段混炼胶；
在步骤（4）中，将冷却停放6h后的二段混炼胶，投入到密炼机中，加入芳纶短纤维，当芳纶短纤维完全融入橡胶中后，再加入不溶性硫磺、促进剂TBBS、促进剂DPG和防焦剂CTP，终炼，得到终炼胶。
进一步的，在终炼35s后，提栓扫料，压上顶栓再混125s排胶，炼胶温度达到96℃进行排胶，冷却停放得到终炼胶；
在步骤（5）中，压栓炼胶35s，提栓扫料，压上顶栓再混125s排胶，炼胶温度达到96℃进行排胶，冷却停放得到终炼胶。
实施例3
本实施例所提供的一种橡胶混炼方法、混炼胶及应用大致和实施例1相同，其主要区别在于：
包括如下重量份的原料：天然橡胶80份、环保塑解剂 3份、含有近98%的顺式-1,4结构含量的稀土顺丁橡胶60份、白炭黑30份、硅烷偶联剂3份、炭黑40份、活性剂10份、微晶蜡2份、防老剂6PPD 2份、防老剂TMQ 2份、微晶石蜡1.5份、不溶性硫磺2.2份、莫来石纤维4份、芳纶短纤维6份、促进剂TBBS 2.2份、促进剂DPG 1.5份、防焦剂CTP0.2份；
硅烷偶联剂为乙烯基三硅烷；
在步骤（2）中，将天然塑炼胶与稀土顺丁胶投入到密炼机，在密炼机转速为50rpm的条件下，炼胶至140℃提上顶栓浮砣110s，再投入莫来石纤维、白炭黑、硅烷偶联剂以及2/3 的炭黑在密炼机中，在密炼机转速为60rpm的条件下，在150℃条件下的条件下，提上顶栓浮砣100s，然后调整密炼机转速为60rpm，降至130℃进行混炼，将混炼物卸料压片冷却后，粉碎过筛，得到一段混炼胶颗粒。
进一步的，粉碎过筛是将压片后的混炼物置于400r/min的粉碎机中粉碎，并过200目筛；
在步骤（3）中，取一段混炼胶颗粒置于密炼机中，再加入防老剂6PPD、防老剂TMQ、微晶蜡、活性剂、微晶石蜡以及剩余的1/3的炭黑进行混炼，压片冷却后，在转速为600r/min的粉碎机中粉碎，再投入到密炼机中混炼，得到二段混炼胶；
在步骤（4）中，将冷却停放8h后的二段混炼胶，投入到密炼机中，加入芳纶短纤维，当芳纶短纤维完全融入橡胶中后，再加入不溶性硫磺、促进剂TBBS、促进剂DPG和防焦剂CTP，终炼，得到终炼胶。
进一步的，在终炼35s后，提栓扫料，压上顶栓再混130s排胶，炼胶温度达到98℃进行排胶，冷却停放得到终炼胶；
在步骤（5）中，压栓炼胶35s，提栓扫料，压上顶栓再混130s排胶，炼胶温度达到98℃进行排胶，冷却停放得到终炼胶。
性能检测
（1）按照实施例1、实施例2和实施例3的方法，制备的耐屈扰强支撑部件胶料进行DMA测试（测试条件：10Hz，0.25%Dynamic strain），将相关数据记录于表1。
Figure 593831DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，实施例1、实施例2和实施例3制备的支撑部件胶料均具有较低的tanδ，它的优点是具备较低的压缩生热，各实施例之间tanδ差异并不明显（
Figure 175991DEST_PATH_IMAGE003
）。
（2）按照实施例1、实施例2和实施例3的方法，分别制备混炼胶，分别命名为实验1组、实验2组和实验3组，再取市售的混炼胶片（隆辉 LH021）以及专利申请号为CN202110988520.8所制备的混炼胶，分别命名为对照1组和对照2组，检测各组的抗裂性能（硫化条件：150℃×40min），将相关数据记录于表2。
Figure 990364DEST_PATH_IMAGE004
由表2和图1-2可知，与对照组（对照1组和对照2组）相比，实验组（实验1组、实验2组和实验3组）的断裂延长率明显低于对照组（
Figure 750509DEST_PATH_IMAGE006
），同时，实验组的撕裂强度明显优于对照组（
Figure 17542DEST_PATH_IMAGE006
），而各实验组之间的断裂延长率以及撕裂强度差异并不明显（
Figure 403393DEST_PATH_IMAGE003
）。本发明所制备的混炼胶，具有优异的抗裂性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种橡胶混炼方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）塑炼：称取天然橡胶和环保塑解剂置于开炼机中进行塑炼，制得天然塑炼胶；
（2）一段混炼：将天然塑炼胶与稀土顺丁胶投入到密炼机，在密炼机转速为50rpm的条件下，炼胶至140℃提上顶栓浮砣90-110s，再投入莫来石纤维、白炭黑、硅烷偶联剂以及2/3的炭黑在密炼机中，在密炼机转速为60rpm的条件下，在150℃条件下的条件下，提上顶栓浮砣80-100s，然后调整密炼机转速为60rpm，降至130℃进行混炼，将混炼物卸料压片冷却后，粉碎过筛，得到一段混炼胶颗粒；
（3）二段混炼：取一段混炼胶颗粒置于密炼机中，再加入防老剂6PPD、防老剂TMQ、微晶蜡、活性剂、微晶石蜡以及剩余的1/3的炭黑进行混炼，压片冷却后，在转速为500-600r/min的粉碎机中粉碎，再投入到密炼机中混炼，得到二段混炼胶；
（4）终炼：将冷却停放4-8h后的二段混炼胶，投入到密炼机中，加入芳纶短纤维，当芳纶短纤维完全融入橡胶中后，再加入不溶性硫磺、促进剂TBBS、促进剂DPG和防焦剂CTP，终炼，得到终炼胶；
（5）冷却停放：终炼胶经开炼机出片经过冷却水槽冷却、风扇冷却，然后停放8h后可投入使用，完成混炼胶的制备。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶混炼方法，其特征在于，在步骤（2）中，所述的粉碎过筛是将压片后的混炼物置于300-400r/min的粉碎机中粉碎，并过200目筛。
3.根据权利要求1所述的一种橡胶混炼方法，其特征在于，在步骤（3）中，所述的密炼机转速为45r/min，压栓至155℃进行排胶。
4.根据权利要求1所述的一种橡胶混炼方法，其特征在于，在步骤（4）中，在压栓炼胶35s，提栓扫料，压上顶栓再混120-130s排胶，炼胶温度达到94-98℃进行排胶，冷却停放得到终炼胶。
5.一种混炼胶，其特征在于，包括如下重量份的原料：天然橡胶40-80份、环保塑解剂1-3份、含有近98%的顺式-1,4结构含量的稀土顺丁橡胶20-60份、白炭黑15-30份、硅烷偶联剂1.8-3份、炭黑30-40份、活性剂5-10份、微晶蜡1-2份、防老剂6PPD 1-2份、防老剂TMQ 1-2份、微晶石蜡0.5-1.5份、不溶性硫磺1.5-2.2份、莫来石纤维2-4份、芳纶短纤维3-6份、促进剂TBBS1.4-2.2份、促进剂DPG 0.3-1.5份、防焦剂CTP0.06-0.2份。
6.根据权利要求5所述的一种混炼胶，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三硅烷中的任意一种。
7.根据权利要求5所述的一种混炼胶，其特征在于，所述的活性剂为氧化锌和硬脂酸，其中氧化锌和硬脂酸的质量比为1:2。
8.根据权利要求5至7任一所述的混炼胶在轮胎耐曲扰强支撑部件中的应用。
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