CN114479210A - 一种胎侧胶料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本申请属于橡胶技术领域，尤其涉及一种胎侧胶料及其制备方法和应用。本申请提供的一种胎侧胶料及包括基体橡胶、填料、活性剂、防老剂、树脂、硫化剂，所述基体橡胶包括天然橡胶和顺丁橡胶，所述顺丁橡胶为稀土改性顺丁橡胶，其末端具有活性基团，改性的顺丁橡胶一方面由于分子链柔顺性好，耐热性能好，提高了胎侧胶料的屈挠性能和耐高温性能，另一方面带有活性基团的顺丁橡胶分子链促进了填料的分散，分散度好的填料可以减少胎侧胶料中聚合物分子链的自由活动，从而降低了胎侧胶料的滞后能量损失，提升了新能源汽车以及传统燃油汽车的续航里程。
Description
技术领域
本申请属于橡胶技术领域，尤其涉及一种胎侧胶料及其制备方法和应用。
背景技术
与传统燃油汽车相比，新能源汽车的续航里程较短，通过降低新能源汽车的轮胎的滚动阻力，可以减少轮胎滚动时动态形变和摩擦生热产生的能量消耗，提高新能源汽车的续航里程。
由于轮胎胎面是直接与地面接触，若动态形变小会导致轮胎抓地效果不好，因此，现有技术中是减少轮胎胎面的胶料生热来实现对轮胎的改进，得到低滚阻轮胎，从而减少了能量以热量形式散失的过程，提升了新能源汽车续航里程，然而，与轮胎胎面相比，轮胎胎侧在轮胎滚动时的动态形变大，亦会使轮胎产生较大的能量损失。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种胎侧胶料及其制备方法和应用，通过对贴附于轮胎外胎侧壁表面的胎侧胶料进行配方改进，提升胎侧胶料模量，减少滞后能量损失，从而解决现有技术中提升新能源汽车以及传统燃油汽车的续航里程有限的技术问题。
本申请第一方面提供了一种胎侧胶料，所述胎侧胶料的组分包括基体橡胶、填料、活性剂、防老剂、树脂、硫化剂；所述基体橡胶包括天然橡胶和顺丁橡胶；
所述顺丁橡胶为稀土改性顺丁橡胶。
优选的，所述填料包括炭黑、白炭黑、碳酸钙、陶土中的一种或多种。
优选的，所述填料包括炭黑。
需要说明的是，与其他填料相比，炭黑提供较好的屈挠性能，从而避免了轮胎胎侧胶产生龟裂以及裂缝扩大，延长了轮胎的使用寿命。
优选的，所述炭黑的比表面积小于100m2/g。
优选的，所述炭黑的比表面积小于70m2/g。
优选的，炭黑的比表面积为35m2/g。
需要说明的是，本申请中的炭黑的比表面积可以通过吸碘值和氮吸附方法检测得到或直接购买特定比表面积的炭黑，而本申请选择了比表面积为35m2/g的炭黑作为填料，炭黑的比表面面积越小，粒径越大，从而降低了胎侧胶料的生热，降低了能量以热量形式的损失，提升了新能源汽车以及传统燃油汽车的续航里程。
优选的，所述胎侧胶料的组分还包括硅烷偶联剂。
优选的，所述胎侧胶料的组分还包括多功能交联助剂。
需要说明的是，硅烷偶联剂和多功能交联助剂参与了轮胎胎侧胶料中橡胶的硫化反应，形成单硫键及双硫键，单硫键和双硫键一方面较常规硫化剂形成的多硫键的热稳定性好，提高了轮胎胎侧胶料的耐热、耐高温性能，另一方面形成的单硫键及双硫键强化了轮胎胎侧胶料的交联程度，减少胎侧胶料中聚合物分子链的自由活动导致的滞后能量损失，有利于提高新能源汽车以及传统燃油汽车的续航里程。
优选的，所述硅烷偶联剂选自Si69、Si747和Si75中的一种或多种。
优选的，所述多功能交联助剂选自1，6-双(N，N二苄基硫代氨基甲酰二硫化)烷。
优选的，所述促进剂选自促进剂TBZTD、促进剂NS和促进剂CZ中的一种或多种。
优选的，所述活性剂为氧化锌和/或硬脂酸。
优选的，所述硫化剂为硫磺粉和/或不溶性硫磺IS7020。
优选的，以质量份计算，所述胎侧胶料的组分包括：
所述基体橡胶100份；
所述填料20～80份；
所述活性剂2～10份；
所述防老剂1～8份；
所述树脂0.5～4份；
所述硫化剂1～5份；
所述促进剂0.5～3份；
所述硅烷偶联剂1-5份；
所述多功能交联助剂0.1～3份。
优选的，以质量份计算，所述胎侧胶料的组分包括：
所述基体橡胶100份；
所述填料30～70份；
所述活性剂3～9份
所述防老剂2～7份；
所述树脂1～3份；
所述硫化剂2～4份；
硅烷偶联剂2-4份；
所述多功能交联助剂0.1-2份。
优选的，所述天然橡胶的干胶和所述顺丁橡胶的干胶重量比为：(80～20)：(20～80)。
优选的，所述顺丁橡胶选自钕改性顺丁胶和/或锂改性顺丁胶。
所述顺丁橡胶中顺式含量为≤50％，乙烯基含量≤20％。
本申请第二方面提供了上述胎侧胶料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将天然橡胶和顺丁胶加入第一密炼机进行塑炼，得到一段母炼胶；
步骤2、将所述一段母胶、炭黑、活性剂、防老剂、树脂加入第二密炼机中进行二段母炼，得到二段母炼胶；
步骤3、将硫化剂加入到所述二段母炼胶中进行终炼，得到胎侧胶料；
所述硫化剂包括硫磺、促进剂。
优选的，步骤3中，还包括加入硅烷偶联剂。
优选的，步骤3中，还包括加入多功能交联助剂。
需要说明的是，在步骤3中加入硅烷偶联剂和/或多功能交联助剂到二段母炼胶中进行终炼，可以进一步提升胎侧胶料的性能。
优选的，步骤1中，所述一段母炼的母炼时间为110s-150s；
所述一段母炼的排胶温度为160℃。
优选的，步骤2中，所述二段母炼的母炼时间为130s-160s；
所述二段母炼的排胶温度为160～170℃。
优选的，步骤3中，所述终炼的时间为140s-180s；
所述终炼的排胶温度为105～111℃。
本申请第三方面提供了上述胎侧胶料在汽车轮胎领域中的应用。
优选的，胎侧胶料在新能源汽车轮胎胎侧领域中的应用。
需要说明的是，本申请提供了的侧胶料具有低滞后、高模量、优异的耐热、耐高温性能，同时兼顾屈挠性能和加工安全性能的性质，从而在新能源汽车轮胎或传统燃油汽车轮胎中用作胎侧材料，可以提高新能源汽车或传统燃油汽车的续航里程。
综上所述，本申请提供了一种胎侧胶料及其制备方法和应用。所述胎侧胶料包括基体橡胶、填料、活性剂、防老剂、树脂、硫化剂，所述基体橡胶包括天然橡胶和顺丁橡胶，所述顺丁橡胶为稀土改性顺丁橡胶；其中，硫磺与基体橡胶分子链发生交联反应硫化，促进剂促进了的交联硫化反应，而活性剂增加了促进剂的活性，从而减少促进剂用量或缩短硫化时间的物质，同时，防老剂延缓了高分子化合物老化，使得胎侧胶料具有高模量、优异的耐热、耐高温性能，同时兼顾屈挠性能和加工安全性能等性质；并且所采用顺丁橡胶为改性使顺丁橡胶，末端具有活性基团，改性带有活性基团的的顺丁橡胶一方面由于分子链柔顺性好，耐热性能好，进一步提高了胎侧胶料的屈挠性能和耐高温性能，另一方面改性带有活性基团的顺丁橡胶分子链促进了填料的分散，分散度好的填料可以减少胎侧胶料中聚合物分子链的自由活动，从而降低了胎侧胶料的滞后能量损失，解决了现有技术中低滚阻轮胎提升新能源汽车以及传统燃油汽车的续航里程有限的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的胎侧胶料的制备方法流程图。
具体实施方式
本申请提供了一种胎侧胶料及其制备方法和应用，通过对贴附于轮胎外胎侧壁表面的胎侧胶料进行配方改进，减少了轮胎胎侧受力变形，再恢复原状的动态形变过程中的滞后能量损失，从而解决现有技术中低滚阻轮胎提升新能源汽车以及传统燃油汽车的续航里程有限的技术问题。
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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它实施例，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用试剂或原料均为市售或自制。
实施例1
本实施例1提供了第一种轮胎胎侧胶料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将天然橡胶和改性顺丁胶加入密炼机进行塑炼，得到一段母炼胶；
步骤2、将步骤1制备的一段母炼胶、比表面积为35m2/g的N660炭黑、活性剂、防老剂、增粘树脂加入到密炼机进行二段母炼，得到二段母炼胶；
步骤3、将不溶性硫磺IS7020、普通硫磺、促进剂NS加入到步骤2制备的二段母炼胶中，进行终炼，得到轮胎胎侧胶料；
其中，步骤1中，一段母炼的混炼时间110-150s，排胶温度优先为160℃；步骤2中，二段母炼的时间为130s-160s，排胶温度165℃，步骤3中，终炼的时间140s-180s，排胶温度为108℃；
本实施例中，以质量份计算，各原料的质量份为：基体橡胶：天然橡胶和改性顺丁橡胶(干胶质量比为60：40)100份；填料：N660炭黑50份，氮吸附比表面积，35m2/g；活性剂：氧化锌3.5份，硬脂酸1.5份；防老剂4020用量3份，防老剂RD用量1份；增粘树脂：1份；硫化剂：不溶性硫磺IS70201份，普通硫磺1.1份；促进剂NS0.8份。
实施例2
本实施例2提供了第二种轮胎胎侧胶料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将天然橡胶和改性顺丁胶加入密炼机进行塑炼，得到一段母炼胶；
步骤2、将步骤1制备的一段母炼胶、比表面积为35m2/g的N660炭黑、活性剂、防老剂、增粘树脂加入到密炼机进行二段母炼，得到二段母炼胶；
步骤3、将不溶性硫磺IS7020、普通硫磺、促进剂NS以及硅烷偶联剂Si69和1，6双(N，N二苄基硫代氨基甲酰二硫化)烷加入到步骤2制备的二段母炼胶中，进行终炼，得到轮胎胎侧胶料；
其中，步骤1中，一段母炼的混炼时间110-150s，排胶温度优先为160℃；步骤2中，二段母炼的时间130s-160s，排胶温度165℃，步骤3中，终炼的时间140s-180s，排胶温度为108℃；
本实施例中，以质量份计算，各原料的质量份为：基体橡胶：天然橡胶和改性顺丁橡胶(干胶质量比为60：40)100份；填料：N660炭黑50份，氮吸附比表面积，35m2/g；活性剂：氧化锌3.5份，硬脂酸1.5份；防老剂4020用量3份，防老剂RD用量1份；增粘树脂：1份；硫化剂：不溶性硫磺IS70201份，普通硫磺1.1份；促进剂NS0.8份、硅烷偶联剂3份；多功能交联助剂：1，6双(N，N二苄基硫代氨基甲酰二硫化)烷0.2份。
实施例3
本实施例3提供了第三种轮胎胎侧胶料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将天然橡胶和改性顺丁胶加入密炼机进行塑炼，得到一段母炼胶；
步骤2、将步骤1制备的一段母炼胶、比表面积为35m2/g的N660炭黑、活性剂、防老剂、增粘树脂加入到密炼机进行二段母炼，得到二段母炼胶；
步骤3、将不溶性硫磺IS7020、普通硫磺、促进剂NS以及硅烷偶联剂Si69和1，6双(N，N二苄基硫代氨基甲酰二硫化)烷加入到步骤2制备的二段母炼胶中，进行终炼，得到轮胎胎侧胶料；
其中，步骤1中，一段母炼的混炼时间110-150s，排胶温度优先为160℃；步骤2中，二段母炼的时间130s-160s，排胶温度165℃，步骤3中，终炼的时间140s-180s，排胶温度为108℃。
本实施例中，以质量份计算，各原料的质量份为：基体橡胶：天然橡胶和改性顺丁橡胶(干胶质量比为40：60)100份；填料：N660炭黑50份，氮吸附比表面积，35m2/g；活性剂：氧化锌3.5份，硬脂酸1.5份；防老剂4020用量3份，防老剂RD用量1份；增粘树脂：1份；硫化剂：不溶性硫磺IS70201份，普通硫磺1.1份；促进剂NS0.8份、硅烷偶联剂3份；多功能交联助剂：1，6双(N，N二苄基硫代氨基甲酰二硫化)烷0.2份。
需要说明的是，与实施例1相比，实施例2-3在步骤3的终炼步骤中添加了烷偶联剂和多功能交联助剂，烷偶联剂和多功能交联助剂参与了轮胎胎侧胶料中橡胶的硫化反应，形成单硫键及双硫键，单硫键和双硫键一方面较常规硫化剂形成的多硫键的热稳定性好，从而提高了轮胎胎侧胶料的耐热、耐高温性能，另一方面形成的单硫键及双硫键强化了轮胎胎侧胶料的交联程度，减少胎侧胶料中聚合物分子链的自由活动导致的滞后能量损失，有利于提高新能源汽车以及传统燃油汽车的续航里程，因此，与实施例1制备的轮胎胎侧胶料相比，实施例2-3制备得到的轮胎胎侧胶料耐热、耐高温性能优异、作为轮胎胎侧使用时，可以降低轮胎滚动阻力，减少能量损失，提高汽车的续航里程。
对比例1
本对比例1提供了第四种轮胎胎侧胶料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1、将天然橡胶和顺丁胶加入密炼机进行塑炼，得到一段母炼胶；
步骤2、将步骤1制备的一段母炼胶、比表面积为35m2/g的N660炭黑、活性剂、防老剂、增粘树脂加入到密炼机进行二段母炼，得到二段母炼胶；
步骤3、将不溶性硫磺IS7020、普通硫磺、促进剂NS加入到步骤2制备的二段母炼胶中，进行终炼，得到轮胎胎侧胶料；
其中，步骤1中，一段母炼的混炼时间110-150s，排胶温度优先为160℃；步骤2中，二段母炼的时间130s-160s，排胶温度165℃，步骤3中，终炼的时间140s-180s，排胶温度为108℃；
本对比例中，以质量份计算，各原料的质量份为：基体橡胶：天然橡胶和顺丁橡胶(干胶质量比为60：40)100份；填料：N660炭黑50份，氮吸附比表面积，35m2/g；活性剂：氧化锌3.5份，硬脂酸1.5份；防老剂4020用量3份，防老剂RD用量1份；增粘树脂：1份；硫化剂：不溶性硫磺IS70201份，普通硫磺1.1份；促进剂NS0.8份。
对实施例2-3以及对比例1制备的轮胎胎侧胶料进行性能测试，测试步骤包括：先通过现有成型工序生产出规格为215/55R1794V的规格轮胎；再对轮胎进行硬度、拉伸强度、焦烧时间、抗硫化还原性、屈挠性能、损耗因子(tanσ)以及轮胎滚阻进行测试，其结果如表1所示，表中，基准系数为100，数值越大，性能越好：
表1
从上表可以看出，与对比例1采用的以未改性顺丁橡胶为原料制备得到的轮胎相比，本申请实施例2～3采用稀土改性胎侧胶料的硬度、定伸强度，拉伸强度以及胶料的抗硫化返原性能均有不同幅度的提升，胶料的焦烧时间和屈挠性能略有下降，并且本申请实施例2-3采用改性顺丁胶为原料制备得到的轮胎损耗因子、轮胎滚阻性能优异，有利于减少滞后能量损失，这说明对顺丁橡胶分子链改性后可以改善填料的分散性减少胎侧胶料中聚合物分子链的自由活动，从而降低了胎侧胶料的滞后能量损失，即本申请实施例2-3通过对轮胎胎侧胶料配方的改进，提供了一种低滞后的胎侧胶料，有效提升了新能源汽车以及传统燃油汽车的续航里程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种胎侧胶料，其特征在于，所述胎侧胶料的组分包括基体橡胶、填料、活性剂、防老剂、树脂、硫化剂；
所述基体橡胶包括天然橡胶和顺丁橡胶；
所述顺丁橡胶为稀土改性顺丁橡胶。
2.根据权利要求1所述的一种胎侧胶料，其特征在于，所述填料包括炭黑。
3.根据权利要求2所述的一种胎侧胶料，其特征在于，所述炭黑的比表面积为35m2/g。
4.根据权利要求1所述的一种胎侧胶料，其特征在于，所述胎侧胶料的组分还包括硅烷偶联剂。
5.根据权利要求1所述的一种胎侧胶料，其特征在于，所述胎侧胶料的组分还包括多功能交联助剂。
6.根据权利要求5所述的一种胎侧胶料，其特征在于，以质量份计算，所述胎侧胶料的组分包括：
所述基体橡胶100份；
所述填料20～80份；
所述活性剂2～10份；
所述防老剂1～8份；
所述树脂0.5～4份；
所述硫化剂1～5份；
所述硅烷偶联剂1-5份；
所述多功能交联助剂0.1～3份。
7.权利要求1-6任一项所述胎侧胶料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将天然橡胶和顺丁胶加入第一密炼机进行塑炼，得到一段母炼胶；
步骤2、将所述一段母胶、炭黑、活性剂、防老剂、树脂加入第二密炼机中进行二段母炼，得到二段母炼胶；
步骤3、将硫化剂加入到所述二段母炼胶中进行终炼，得到胎侧胶料；
所述硫化剂包括硫磺、促进剂。
8.根据权利要求7所述的一种胎侧胶料的制备方法，其特征在于，步骤3中，还包括加入硅烷偶联剂。
9.根据权利要求7所述的一种胎侧胶料的制备方法，其特征在于，步骤3中，还包括加入多功能交联助剂。
10.权利要求7-9任一项所述胎侧胶料的制备方法制备得到的胎侧胶料在新能源汽车轮胎胎侧领域中的应用。
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2022
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