CN114605720A - 矿用工程轮胎胎面胶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用工程轮胎胎面胶及其制备方法，属于矿用工程机械轮胎胎面橡胶技术领域。其技术方案为：以重量份计，包括以下组分：橡胶组分100份、炭黑35‑55份、抗撕裂树脂6‑8份、白碳黑10‑20份、硅烷偶联剂2‑4份、烷基苯酚增粘树脂或对特辛基苯酚甲醛增粘树脂1‑2份、双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维3‑5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、硫磺1.5‑2.0份、促进剂1.2‑2.4份。本发明的胎面胶用于矿用工程车辆轮胎，具有较低的生热性能及较好的耐磨、抗切割性能，解决了矿用工程车辆生热、耐磨及抗破坏性能无法兼顾的问题，提高了轮胎的使用寿命。

Description

矿用工程轮胎胎面胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及矿用工程机械轮胎胎面橡胶技术领域，具体涉及一种矿用工程轮胎胎面胶及其制备方法。

背景技术

由于矿用车辆使用环境的特殊性，导致矿山用轮胎的使用条件非常恶劣，极易导致轮胎出现不耐磨、易切割撕裂掉块等问题的发生。丁苯橡胶与天然橡胶相比具有更好的耐磨、抗切割性能，因此越来越多的用于矿山轮胎。但是丁苯橡胶生热较高，虽然能明显提高耐磨、抗切割性能，但是也会增加轮胎生热脱层的故障比例，同时抗撕裂性能也不如天然橡胶。因此，从轮胎配方方面来讲，很难使轮胎同时达到耐磨、抗切割、抗撕裂与低生热性能兼顾的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术领域存在的胎面耐磨、抗撕裂性能与低生热性能无法同时提升的问题，而提出一种矿用工程机械轮胎胎面橡胶及其制备方法。

本发明的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种矿用工程机械轮胎胎面橡胶，以重量份计，包括以下组分：橡胶组分100份、炭黑35-55份、抗撕裂树脂6-8份、白碳黑10-20份、硅烷偶联剂2-4份、烷基苯酚增粘树脂或对特辛基苯酚甲醛增粘树脂1-2份、双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维3-5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、硫磺1.5-2.0份、促进剂1.2-2.4份。

优选地，所述橡胶组分为抗撕裂生物基改性天然胶NRX-3(青岛金瑞纳橡胶科技有限公司产品)。

优选地，所述炭黑为N115炭黑、N220炭黑、N234炭黑中的一种或者两种的组合。

优选地，所述抗撕裂树脂为双环戊二烯类DCPD树脂或Y-HI树脂。

优选地，所述白碳黑为高分散沉淀法白碳黑1165MP或HD175MP；所述硅烷偶联剂为Si69质量含量50％的硅烷混合物TESPT，其用量为白碳黑用量的五分之一。

优选地，所述烷基苯酚增粘树脂为TYC-0412增粘树脂、改性烷基酚树脂TKM或对特辛基苯酚甲醛增粘树脂SL1801。

优选地，所述双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维为SPE-200(青岛四维化工有限公司)。

优选地，所述防老剂为酮胺类防老剂RD及对苯二胺类防老剂4020；所述微晶蜡为双峰微晶蜡或三峰微晶蜡。

优选地，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂及胍类促进剂的组合。

优选地，所述次磺酰胺类促进剂为CZ或NS；噻唑类促进剂为DM；胍类促进剂为二苯胍DPG或DPG-80。

第二方面，本发明还提供了上述胎面胶的制备方法，包括以下步骤：

S1一段混炼

将100份橡胶组分、30份炭黑投入密炼机中混炼25-30s，之后加入部分防老剂和全部的白碳黑、硅烷偶联剂、烷基苯酚增粘树脂、微晶蜡、氧化锌及硬脂酸，在转速37-40rpm下进行混炼，每隔30-35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165-170℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到一段母胶，随后对其进行二段混炼；

S2二段混炼

将步骤S1的一段母胶及抗撕裂树脂、双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维、剩余的炭黑和防老剂投入密炼机中，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，室温放置冷却4-6h后得到二段母胶，随后对其进行终炼(若门尼粘度高于80，则需要加一段回车)；

S3终炼

将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，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胎面胶。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

本发明与现有工程轮胎胎面胶相比，采用全新的抗撕裂生物基改性天然胶为主体，极大地提升了天然橡胶的抗撕裂、抗切割性能，在达到与丁苯橡胶配方相当的抗破坏能力的情况下，极大地降低了生热；另外添加一定量的双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维，提高了胎面胶耐磨性能的同时降低了生热，因此与现有工程轮胎相比，能够显著地提升耐磨和抗撕裂性能，并保持较高的抗切割性能，同时轮胎使用过程中的生热明显降低，极大地提高了轮胎的使用寿命。

具体实施方式

实施例1-4

实施例1-4及对比例1的胎面胶配方如表1所示：

表1实施例1-4及对比例1的胎面胶配方

实施例1-4及对比例1的胎面胶的制备方法包括以下步骤：

S1一段混炼

将100份橡胶组分、30份炭黑投入密炼机中混炼30s，之后加入部分防老剂和全部的白碳黑、硅烷偶联剂、烷基苯酚增粘树脂、微晶蜡、氧化锌及硬脂酸，在转速37rpm下进行混炼，每隔30s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165-170℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到一段母胶，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、抗撕裂树脂、双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维、余量的防老剂投入密炼机中，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160-165℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到二段母胶，随后对其进行终炼(若门尼粘度高于80，则需要加一段回车)；

S3终炼

将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，在27rpm转速下进行混炼，依次间隔30s、25s、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胎面胶。

对实施例1-4及对比例1制备的矿用工程轮胎胎面胶进行性能测试，测试结果见表2：

表2实施例1-4及对比例1制备的矿用工程轮胎胎面胶的物理性能表

物性测试项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1
						拉伸强度/MPa	27.1	23.7	25.2	24.6	26.3
100％定伸应力/MPa	2.8	2.4	2.7	2.6	2.7
						300％定伸应力/MPa	13.4	11.7	12.4	12.3	12.7
扯断伸长率/％	588	579	558	565	582
						邵氏硬度A/度	65	62	63	63	64
撕裂强度KN/m	98	80	87	83	87
						磨耗/cm3/1.61km	0.067	0.072	0.070	0.075	0.087
切割减量/g	0.21	0.22	0.22	0.25	0.31
						最终疲劳温升/℃	30	41	33	37	33
60℃Tanδ	0.1348	0.1397	0.1365	0.1369	0.1353

实施例5-8及对比例2的胎面胶配方如表3所示：

表3实施例5-8及对比例2的胎面胶配方

实施例5-8及对比例2的胎面胶的制备方法包括以下步骤：

S1一段混炼

将100份橡胶组分、30份炭黑投入密炼机中混炼30s，之后加入部分防老剂和全部的白碳黑、硅烷偶联剂、烷基苯酚增粘树脂、微晶蜡、氧化锌及硬脂酸，在转速37rpm下进行混炼，每隔30s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165-170℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到一段母胶，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、抗撕裂树脂、双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维、余量的防老剂投入密炼机中，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160-165℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到二段母胶，随后对其进行终炼(若门尼粘度高于80，则需要加一段回车)；

S3终炼

将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，在27rpm转速下进行混炼，依次间隔30s、25s、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胎面胶。

对实施例5-8及对比例2制备的矿用工程轮胎胎面胶进行性能测试，测试结果见表4：

物性测试项目	实施例5	实施例6	实施例7	实施例8	对比例2
						拉伸强度/MPa	26.7	23.5	26.7	27.1	26.1
100％定伸应力/MPa	2.7	2.5	2.8	2.8	2.7
						300％定伸应力/MPa	13.2	12.1	12.7	13.4	12.7
扯断伸长率/％	592	611	587	588	602
						邵氏硬度A/度	65	63	64	65	64
撕裂强度KN/m	91	79	86	95	88
						磨耗/cm<sup>3</sup>/1.61km	0.071	0.070	0.081	0.068	0.077
切割减量/g	0.21	0.20	0.28	0.20	0.23
						最终疲劳温升/℃	32	42	35	30	38
60℃Tanδ	0.1351	0.1372	0.1354	0.1348	0.1357

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抗撕裂改性天然橡胶和双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维组分后，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％定伸应力和相同的硬度。由实施例1与对比例1可知，NRX-3胶料的抗撕裂性能对比普通天然胶有了显著提升，同时生热降低。此外，由实施例1、实施例2与对比例1可知，在抗切割能力提升方面，可与全丁苯橡胶性能相当并显著高于全天然胶配方。这是因为抗撕裂生物基改性天然胶NRX-3是采用了环保生物制剂、改性剂在环保乳胶法生产工艺而研制的纯天然乳胶。应用的改性剂与天然橡胶分子断裂时产生的自由键进行化学反应，让断裂的天然橡胶分子链端在其分子结构的氢键作用下修复断链，大大提高胶料的撕裂强度。

由实施例5-7可知，采用抗撕裂改性胶NRX-3的实施例5的撕裂强度要高于采用其他橡胶的撕裂强度，进一步说明了采用抗撕裂改性胶NRX-3的胶料的抗撕裂性能对比普通天然胶有了显著提升。并且由实施例5及对比例2可知，添加SPE-200组分后，最终疲劳温升降低了6℃，磨耗由0.077降低到了0.071，说明胶料的耐磨性能及生热性能均有明显改善。这是因为其主要成分为双异丙基硼氧烷聚碳酸酯纤维，通过界面相容剂的分子设计，开发的中分子爪型非离子界面活化改质剂，可有效地促进配方中各配合剂的界面相容，改善炭黑分散性，形成共混体，从而有效改善硫化胶的物理力学性能，提高胶料的耐磨性能和耐撕裂性能，同时还能减少轮胎生热，延长使用寿命。

因此本发明可以实现在显著提升胎面胶耐切割、耐磨及抗撕裂性能的同时，降低轮胎滚动过程中的胎面生热，达到降低工程轮胎故障率、提升轮胎使用寿命的目的。

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.矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：橡胶组分100份、炭黑35-55份、抗撕裂树脂6-8份、白碳黑10-20份、硅烷偶联剂2-4份、烷基苯酚增粘树脂或对特辛基苯酚甲醛增粘树脂1-2份、双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维3-5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、硫磺1.5-2.0份、促进剂1.2-2.4份。

2.如权利要求1所述的胎面胶，其特征在于，所述橡胶组分为抗撕裂生物基改性天然胶NRX-3。

3.如权利要求1所述的胎面胶，其特征在于，所述炭黑为N115炭黑、N220炭黑、N234炭黑中的一种或者两种的组合。

4.如权利要求1所述的胎面胶，其特征在于，所述抗撕裂树脂为双环戊二烯类DCPD树脂或Y-HI树脂。

5.如权利要求1所述的胎面胶，其特征在于，所述白碳黑为高分散沉淀法白碳黑1165MP或HD175MP；所述硅烷偶联剂为Si69质量含量50％的硅烷混合物TESPT，其用量为白碳黑用量的五分之一。

6.如权利要求1所述的胎面胶，其特征在于，所述烷基苯酚增粘树脂为TYC-0412增粘树脂、改性烷基酚树脂TKM或对特辛基苯酚甲醛增粘树脂SL1801。

7.如权利要求1所述的胎面胶，其特征在于，所述双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维为SPE-200。

8.如权利要求1所述的胎面胶，其特征在于，所述防老剂为酮胺类防老剂RD及对苯二胺类防老剂4020；所述微晶蜡为双峰微晶蜡或三峰微晶蜡。

9.如权利要求1所述的胎面胶，其特征在于，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂及胍类促进剂的组合。

10.如权利要求1所述的胎面胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1一段混炼

将100份橡胶组分、30份炭黑投入密炼机中混炼25-30s，之后加入部分防老剂和全部的白碳黑、硅烷偶联剂、烷基苯酚增粘树脂、微晶蜡、氧化锌及硬脂酸，在转速37-40rpm下进行混炼，每隔30-35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165-170℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到一段母胶，随后对其进行二段混炼；

S2二段混炼

将步骤S1的一段母胶及抗撕裂树脂、双异丙基硼氧烷聚碳酸脂短纤维、剩余的炭黑和防老剂投入密炼机中，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，室温放置冷却4-6h后得到二段母胶，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胎面胶。