CN114685866B - 高耐久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0.4‑0.6份、防老剂2‑3份、间甲白增硬体系2‑5份、粘合剂4‑6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含钴盐带束层胶料耐久性能不足、易老化的缺点，降低了轮胎肩空故障率，提高了轮胎使用寿命。
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矿用工程轮胎带束层胶及其制备方法。
背景技术
矿用轮胎由于载重量较大，轮胎在运行过程中经历不断地变形往复，对于轮胎胶料的抗疲劳耐老化性能考验极大，尤其是带束层部位，由于处在轮胎内部，热量积聚难以散出，导致带束层长时间处于高温状态，再加上带束层通常使用钴盐粘合剂，耐老化性能较差，因此带束层部位耐久性能下降较快，极易老化出现裂口，这也是轮胎肩空脱层问题出现的主要原因，严重影响轮胎使用寿命。因此提供一种具有较好的耐久抗疲劳性能的带束层胶料是解决轮胎肩空脱层问题的重点研究方向。
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，提供一种高耐久矿用工程轮胎带束层胶及其制备方法，解决了现有技术存在的带束层胶料耐久性能不足、易老化的缺点。
一方面，本发明提供了一种高耐久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0.4-0.6份、防老剂2-3份、间甲白增硬体系2-5份、粘合剂4-8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；所述防老剂为二苯胺与甲醛在120-140℃氮气保护条件下缩合而成制得的N’N’N’N’四苯基二氨基甲烷；所述粘合剂为采用非金属络合物、碳水化合物、三维纤维衍生接枝高聚物、非金属氧化物、界面亲和等粘合及耐老化物质经特定工艺制成的长效抗疲劳粘合剂LG-768。
优选地，所述天然橡胶为RSS3#烟片胶或20#标准胶。
优选地，所述炭黑为N326炭黑、N660炭黑中的一种或两种的组合。
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高分子量脂肪酸锌盐FNS-78T。
优选地，所述不溶性硫磺为OT10、OT20、IS7020中的一种。
优选地，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂DZ。
优选地，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中进行塑炼，然后将塑炼天然橡胶、部分炭黑投入密炼机中混炼30-35s；之后密炼机中加入氧化锌、硬脂酸、半数炭黑分散剂，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得到冷却后的一段母胶；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶及剩余炭黑、剩余炭黑分散剂、防老剂、粘合剂同步投入密炼机中，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得到冷却后的二段母胶，然后按照二段混炼工艺对二段母胶进行回车，在室温条件放置4-6h得到三段母胶；
S3终炼
将步骤S2的三段母胶及间甲白增硬体系、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，放置冷却后即得所述高耐久矿用轮胎带束层胶。
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在耐久性能以及耐老化性能等方面具有极大的提升，解决了带束层胶料在使用过程中易老化裂口导致轮胎出现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
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但其并不限制本发明的实施。
实施例1-4及对比例1-2
实施例1-4及对比例1-2的带束层胶的配方如表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/烟片胶加入塑解剂投入密炼机进行塑炼，然后将塑炼天然橡胶、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、半数炭黑分散剂，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、剩余炭黑分散剂、防老剂、粘合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，然后按照二段混炼工艺(去除小药)对二段母胶进行回车，在室温条件放置4h得到三段母胶，随后对其进行终炼；
S3终炼
将步骤S2的三段母胶及间甲白增硬体系、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、20s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。
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
| 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 | 对比例2 |
| 返原Rev97/min | 108 | 116 | 124 | 127 | 86 | 105 |
| 拉伸强度/MPa | 27.1 | 27.3 | 26.9 | 26.2 | 27.8 | 26.1 |
| 100％定伸应力/MPa | 3.8 | 3.7 | 3.7 | 3.6 | 3.9 | 3.5 |
| 300％定伸应力/MPa | 20.4 | 20.2 | 19.5 | 19.3 | 19.6 | 18.9 |
| 扯断伸长率/％ | 452 | 467 | 461 | 488 | 425 | 455 |
| 邵氏硬度A/度 | 71 | 70 | 70 | 72 | 70 | 68 |
| 撕裂强度KN/m | 97 | 103 | 103 | 109 | 87 | 96 |
| 裂口增长/mm | 19 | 17 | 16 | 14 | 26 | 18 |
| 老化保持率/％ | 66 | 68 | 70 | 72 | 62 | 62 |
| 压缩生热/℃ | 23 | 23 | 24 | 25 | 22 | 23 |
| 60℃Tanδ | 0.0716 | 0.0805 | 0.0877 | 0.0933 | 0.0699 | 0.823 |
由表2的测试结果可知：添加了粘合剂LG-768、防老剂四苯基二氨基甲烷后，对硫化胶的硬度、拉伸强度及定伸应力影响不大。但是，与对比例1相比，添加了粘合剂LG-768的实施例1制备出的胶料的抗硫化返原性能由86min提升到108min，得到了大幅提高，抗老化性能增强；胶料的扯断伸长率由425％提高到了452％，撕裂强度由87KN/m提高到了97KN/m，均有了明显的提升，且抗裂口性能提升。与对比例2相比，添加了防老剂四苯基二氨基甲烷的实施例2制备出的胶料的抗硫化返原性能由105min提升到116min，胶料的扯断伸长率由455％提高到了467％，撕裂强度由96KN/m提高到了103KN/m，且抗裂口性能提升。
由实施例2与对比例2的性能对比可知，相比于仅使用本发明的粘合剂LG-768而未使用本发明防老剂四苯基二氨基甲烷的胶料，两者同时使用的胶料的抗硫化返原性能、扯断伸长率、撕裂强度均有一定提升。而由实施例1与对比例1的性能对比可知，相比于仅使用本发明的防老剂四苯基二氨基甲烷而未使用本发明粘合剂LG-768的胶料，两者同时使用的胶料的抗硫化返原性能、扯断伸长率、撕裂强度均有明显提升。
为了进一步对比本发明的粘合剂LG-768与传统钴盐粘合剂、本发明的防老剂四苯基二氨基甲烷与传统防老剂RD的区别，我们进行了如下试验。
实施例5及对比例3-5
实施例5及对比例3-5的带束层胶的配方如表3所示：
表3
实施例5及对比例3-5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/烟片胶加入塑解剂投入密炼机进行塑炼，然后将塑炼天然橡胶、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、半数炭黑分散剂，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、剩余炭黑分散剂、防老剂、粘合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，然后按照二段混炼工艺(去除小药)对二段母胶进行回车，在室温条件放置6h得到三段母胶，随后对其进行终炼；
S3终炼
将步骤S2的三段母胶及间甲白增硬体系、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、15s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。
对实施例5及对比例3-5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。
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4
| 物性测试项目 | 实施例5 | 对比例3 | 对比例4 | 对比例5 |
| 返原Rev97/min | 114 | 107 | 85 | 84 |
| 拉伸强度/MPa | 26.7 | 26.5 | 27.3 | 27.6 |
| 扯断伸长率/％ | 481 | 464 | 440 | 431 |
| 撕裂强度KN/m | 103 | 95 | 88 | 86 |
| 裂口增长/mm | 15 | 17 | 20 | 22 |
| 老化保持率/％ | 72 | 67 | 63 | 62 |
| 压缩生热/℃ | 25 | 24 | 22 | 22 |
由表4的测试结果可知：使用防老剂四苯基二氨基甲烷或传统防老剂RD，粘合剂LG-768或传统粘合剂癸酸钴，硫化胶的拉伸强度变化不大。但是，与使用了传统防老剂RD的对比例3相比，使用防老剂四苯基二氨基甲烷的实施例5制备出的胶料的抗硫化返原性能由107min提升到114min，胶料的扯断伸长率由464％提高到了481％，撕裂强度由95KN/m提高到了103KN/m，且抗裂口性能提升。与使用了传统粘合剂癸酸钴的对比例4相比，添加了粘合剂LG-768的实施例5制备出的胶料的抗硫化返原性能由85min提升到114min，得到了大幅提高，抗老化性能增强。胶料的扯断伸长率由440％提高到了481％，撕裂强度由86KN/m提高到了103KN/m，有明显的提升。
这是因为，本发明采用的粘合剂LG-768是采用由非金属络合物、碳水化合物、三维纤维衍生接枝高聚物、非金属氧化物、界面亲和等粘合及耐老化物质经特定工艺制成的一种长效粘合功能新材料，对橡胶与钢丝的初始粘合力和老化后粘合力均有明显的提升作用。通过对比配方粘合抽出实验显示，钢丝/纤维帘线上的附胶量增大，粘合力提高；另外，附胶沿垂直于帘线抽出方向呈现螺纹状，螺纹状明显，螺距缩短、均匀。另外LG-768分子上的酚羟基与甲氧基之间形成了一种受阻酚结构，能够捕捉消耗橡胶体系中的自由基而终止链式反应，因此可改善高分子材料的耐热老化性能及抗疲劳性能，能有效提高轮胎中的粘合老化性能。
此外，由表4的测试结果还可看出，与使用了传统防老剂RD及传统粘合剂癸酸钴的对比例5相比，使用了防老剂四苯基二氨基甲烷及粘合剂LG-768的实施例5制备出的胶料的抗硫化返原性能由84min提升到114min，胶料的扯断伸长率由431％提高到了481％，撕裂强度由86KN/m提高到了103KN/m，提升幅度更大。这说明防老剂四苯基二氨基甲烷及粘合剂LG-768二者起到了协同作用，对胶料的耐热氧老化及抗疲劳性能有明显的提升效果。
综上可知，采用粘合剂LG-768和防老剂四苯基二氨基甲烷后，胶料的抗硫化返原性能大幅提高，抗老化性能增强；对硫化胶的硬度、拉伸强度及定伸应力影响不大，胶料的扯断伸长率和撕裂强度有明显提升，且抗裂口性能提升。因此本发明解决了传统带束层胶使用钴盐粘合剂导致的耐老化性能差、耐久性能不足的问题，实现了提升带束层胶料耐久、耐老化性能以及提高抗疲劳性能的目的。
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.高耐久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、炭黑45-60份、氧化锌6-8份、硬脂酸0.4-0.6份、防老剂2-3份、间甲白增硬体系2-5份、粘合剂4-8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；所述防老剂为四苯基二氨基甲烷；所述粘合剂为抗疲劳粘合剂LG-768。
2.如权利要求1所述的高耐久矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，所述天然橡胶为RSS3#烟片胶或20#标准胶。
3.如权利要求1所述的高耐久矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，所述炭黑为N326炭黑、N660炭黑中的一种或两种的组合。
4.如权利要求1所述的高耐久矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，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。
5.如权利要求1所述的高耐久矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，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。
6.如权利要求1所述的高耐久矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，所述炭黑分散剂为不饱和高分子量脂肪酸锌盐FNS-78T。
7.如权利要求1所述的高耐久矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，所述不溶性硫磺为OT10、OT20、IS7020中的一种。
8.如权利要求1所述的高耐久矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂DZ。
9.如权利要求1所述的高耐久矿用工程轮胎带束层胶，其特征在于，所述防焦剂为高活性防焦剂CTP。
10.如权利要求1所述的高耐久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中进行塑炼，然后将塑炼天然橡胶、部分炭黑投入密炼机中混炼30-35s；之后密炼机中加入氧化锌、硬脂酸、半数炭黑分散剂，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得到冷却后的一段母胶；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶及剩余炭黑、剩余炭黑分散剂、防老剂、粘合剂同步投入密炼机中，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得到冷却后的二段母胶，然后按照二段混炼工艺对二段母胶进行回车，在室温条件放置4-6h得到三段母胶；
S3终炼
将步骤S2的三段母胶及间甲白增硬体系、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，放置冷却后即得所述高耐久矿用工程轮胎带束层胶。
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