CN114891282A - 一种缺气保用支撑胶橡胶组合物及其混炼方法和轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明属于轮胎、橡胶等行业的应用领域，具体涉及一种缺气保用支撑胶橡胶组合物及其混炼方法和轮胎。一种缺气保用支撑胶橡胶组合物，一种缺气保用支撑胶橡胶组合物，该橡胶组合物的橡胶组分和补强材料由以下重量份的原料组分构成：天然橡胶20.0~50.0份，反式异戊橡胶5.0~20.0份，低顺式聚丁二烯橡胶30.0~60.0份，高顺式聚丁二烯橡胶0~40.0份，炭黑40.0~70.0份；所述的低顺式聚丁二烯橡胶为锡偶联改性的锂系低顺式聚丁二烯橡胶，所述的低顺式聚丁二烯橡胶的顺式含量为30%~40%。本发明采用反式结构橡胶以保证模量，同时采用低填充炭黑使配方生热极低，最终配方的硬度在78以上，50%定伸强度≥5.0，且生热的60℃tanδ在0.06以下，满足缺气保用轮胎的使用需求。

Description

一种缺气保用支撑胶橡胶组合物及其混炼方法和轮胎

技术领域

本发明属于轮胎、橡胶等行业的应用领域，具体涉及一种缺气保用支撑胶橡胶组合物及其混炼方法和轮胎。

背景技术

汽车的行驶安全性一直是人们关注的重点，而缺气保用轮胎因能在轮胎缺气失压的情况下，继续以80km/h的速度行驶一段时间，越来越受到车企的青睐。目前宝马的全系车型，奔驰、奥迪、英菲尼迪等部分车型都采用了缺气保用轮胎。

自支撑型缺气保用轮胎作为缺气保用轮胎的一种，其原理是在轮胎胎侧部位加入支撑胶，当轮胎缺气失压时，支撑胶能防止轮胎胎侧压扁，减小胎侧变形，以使轮胎具备自支撑力。这就要求支撑胶必须有高模量，否则无法起到支撑作用；同时支撑胶还应有极低的生热性能，否则缺气失压状态下，应力集中到支撑胶部位，支撑胶就会快速升温破坏，从而达不到应有的性能要求。

申请人申请的中国发明专利(公开号：CN111796084A，公开日：20201020)公开了一种缺气保用轮胎支撑胶的筛选方法，该方法包括如下步骤：1)对支撑胶用橡胶加工分析仪器进行时间扫描测试；2)取支撑胶在时间扫描下的初始弹性模量G'初始和支撑胶测试初始弹性模量和测试结束弹性模量的差值ΔG'(G'初始-G'结束)；3)选取4000kpa≥G'初始≥3000kpa，且500kpa≥ΔG'≥0的支撑胶，ΔG'值越小，则支撑胶稳定性和支撑胶性能越好。但该专利并不涉及缺气保用轮胎支撑胶的胶料配方。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种缺气保用支撑胶橡胶组合物的新型原料配方及其混炼方法。本发明采用反式结构橡胶以保证模量，同时采用低填充炭黑使配方生热极低，最终配方的硬度在78以上，50％定伸强度≥5.0，且生热的60℃tanδ在0.06以下，满足缺气保用轮胎的使用需求。

为了实现上述的发明目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种缺气保用支撑胶橡胶组合物，该橡胶组合物的混炼配方包括橡胶组分、补强材料、加工助剂和硫化剂，按橡胶组分为100重量份数计，橡胶组分和补强材料由以下重量份的原料组分构成：

所述的低顺式聚丁二烯橡胶为锡偶联改性的锂系低顺式聚丁二烯橡胶，所述的低顺式聚丁二烯橡胶的顺式含量为30％～40％。

作为优选，按橡胶组分为100重量份数计，橡胶组分和补强材料由以下重量份的原料组分构成：

作为优选，加工助剂包括含炭黑分散剂0.5～2.0份；氧化锌3.0～5.0份，硬脂酸1.5～2.5份，橡胶防老剂3.0～6.0份，超粘树脂1.5～3.0份，增塑剂1.0～4.0份。

作为优选，所述的炭黑分散剂为酰肼类和S(3氨基丙基)硫代硫酸及其金属盐中的一种；优选，所述的炭黑分散剂为S(3氨基丙基)硫代硫酸。

作为优选，硫化剂包括不溶性硫磺5.0～8.0份，促进剂NS 1.5～3.0份，抗硫化返原剂0.5～1.5份。

作为优选，所述的炭黑为平均粒径≥40nm的通用炭黑和快压出炭黑中的一种；优选，炭黑为45-60份炭黑N550，4-6份炭黑N660。

作为优选，所述的高顺式聚丁二烯橡胶为镍系聚丁二烯橡胶。

作为优选，所述的高顺式聚丁二烯橡胶的顺式含量≥95％。

进一步，本发明还公开了一种所述的橡胶组合物的混炼方法，所述方法包括以下步骤：

(1)采用切线密炼机进行一段混炼：转子转速50～60rpm，上顶栓压力4.8±0.2bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：

①加入橡胶、炭黑、炭黑分散剂、除增塑剂外的加工助剂，压上顶栓，升温至105～115℃；

②升上顶栓，加入增塑剂；

③压上顶栓，继续升温至160℃～170℃；

④升上顶栓，排胶；

(2)采用切线密炼机进行二段混炼：转子转速40～50rpm，上顶栓压力4.8±0.2bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：

①将一段母胶片投入密炼机，压上顶栓，混炼20～30秒；

②升上顶栓，保持38秒；

③压上顶栓，继续升温至155～165℃；

④升上顶栓，排胶；

(3)采用切线密炼机进行终炼：转子转速20～30rpm，上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：

①加入二段母胶片、硫化剂，压上顶栓，混炼20～25秒；

②升上顶栓，保持38秒；

③压上顶栓，继续混炼20～25秒；

④升上顶栓，保持38秒；

⑤压上顶栓，升温至95～102℃；

⑥升上顶栓，排胶。

进一步，本发明还公开了所述的橡胶组合物在制作缺气保用轮胎中的应用。

进一步，本发明还公开了一种缺气保用轮胎，该轮胎的缺气保用支撑胶采用所述的橡胶组合物硫化制作得到。

本发明的有益效果：由于反式异戊橡胶具有较高含量的反式结构，用在配方中可大幅提高配方的模量。但反式异戊橡胶的生热性略高，随用量的增大而升高，因此本发明通过并用部分锡偶联改性的锂系低顺式聚丁二烯橡胶，再少量填充通用炭黑或者快压出炭黑，用以弥补生热性的损失。与此同时，本申请人发现当反式异戊橡胶的用量超过一定值后，便很难进一步采用锂系低顺式聚丁橡胶调整以降低生热。因此，本发明所提供的配方是通过控制反式异戊橡胶的用量，同时结合锂系低顺式聚丁橡胶并用调整，从而得到一种新型的缺气保用支撑胶橡胶组合物，该橡胶组合物具有最终硬度、50％定伸强度更高，对轮胎的支撑力更强的优势，且60℃tanδ的生热性在0.06以下，进一步提升了缺气保用轮胎的零气压行驶时间。支撑胶的性能是自支撑缺气保用轮胎零气压耐久时间的关键，常规的配方设计者都是从维持一定模量，降低生热考虑。而本发明提供了一种新思路，进一步提升支撑胶的模量，使支撑胶的硬度与胎圈处三角胶、胎侧外护胶更加接近，形成一个支撑胶、三角胶、外护胶更均匀的刚性体，可进一步提升零气压耐久时间。

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。

对比例与实施例14配方见表1：

表1

上述配方的混炼过程如下：

一、一段混炼在切线密炼机进行，转子转速55rpm，上顶栓压力4.8±0.2bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：

①加入橡胶、炭黑、炭黑分散剂、除增塑剂外的加工助剂，压上顶栓，升温至110℃；

②升上顶栓，加入增塑剂；

③压上顶栓，继续升温至160℃；

④升上顶栓，排胶。

二、二段混炼在切线密炼机进行，转子转速45rpm，上顶栓压力4.8±0.2bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：

①将一段母胶片投入密炼机，压上顶栓，混炼30秒；

②升上顶栓，保持5秒；

③压上顶栓，继续升温至160℃；

④升上顶栓，排胶。

三、采用切线密炼机进行终炼，转子转速22rpm，上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度30～35℃，包含以下步骤：

①加入二段母胶片、硫化剂，压上顶栓，混炼20秒；

②升上顶栓，保持5秒；

③压上顶栓，继续混炼20秒；

④升上顶栓，保持5秒；

⑤压上顶栓，升温至98℃；

⑥升上顶栓，排胶。

将终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，测定结果如表2所示。

硬度：基于GB/T 531.12008测定室温下的硬度。结果如表2中所示，该值越大，硬度越高。

50％定伸模量：基于GB/T 5282009测定的50％伸长的应力显示“50％定伸模量”，该值越大，模量越高。

动态性能：动态力学分析仪(DMA)为VR7120型动态热机械分析仪(日本UESHIMA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，10Hz；静应变7％，动应变2％；温升，2℃/min。结果如表2中所示。轮胎行业以60℃下的tanδ值表征硫化橡胶的滚动阻力，该值越低，滚动阻力越低。

表2

根据上述结果，当使用了反式异戊橡胶之后，配方硬度及50％定伸模量大幅提升。从对比例2来看，若不使用锂系低顺式聚丁二烯，未能弥补生热性能的损失，而对比例3也表明当反式异戊橡胶用量超过20份，则生热大幅上升，很难通过调整胶并比来弥补生热损失。实施例1、2使用了中等量的锂系低顺式聚丁二烯，其生热性能与对比例1接近，模量更高。实施例3、4表明了控制反式异戊橡胶的用量，大量使用锂系低顺式聚丁二烯，在提高模量、硬度的同时，还能更进一步降低生热，轮胎最终的性能更好。

从以上对比例、实施例的结果综合来看，该支撑胶橡胶组合物，采用一定量的反式异戊橡胶，加上锂系低顺式聚丁二烯橡胶，能够在大幅提升配方硬度和50％定伸模量的同时保证生热性，对轮胎的支撑效果更好，能进一步提升零气压耐久时间。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种缺气保用支撑胶橡胶组合物，该橡胶组合物的混炼配方包括橡胶组分、补强材料、加工助剂和硫化剂，其特征在于，按橡胶组分为100重量份数计，橡胶组分和补强材料由以下重量份的原料组分构成：

天然橡胶 20.0~50.0份

反式异戊橡胶 5.0~20.0份

低顺式聚丁二烯橡胶 30.0~60.0份

高顺式聚丁二烯橡胶 0~40.0份

炭黑 40.0~70.0份；

所述的低顺式聚丁二烯橡胶为锡偶联改性的锂系低顺式聚丁二烯橡胶，所述的低顺式聚丁二烯橡胶的顺式含量为30%~40%。

2.根据权利要求1所述的一种缺气保用支撑胶橡胶组合物，其特征在于，按橡胶组分为100重量份数计，橡胶组分和补强材料由以下重量份的原料组分构成：

天然橡胶 25.0~35.0份

反式异戊橡胶 15.0~20.0份

低顺式聚丁二烯橡胶 35.0~55.0份

高顺式聚丁二烯橡胶 0~30.0份

炭黑 45.0~60.0份。

3.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物，其特征在于，加工助剂包括含炭黑分散剂0.5~2.0份；氧化锌3.0~5.0份，硬脂酸1.5~2.5份，橡胶防老剂3.0~6.0份，超粘树脂1.5~3.0份，增塑剂1.0~4.0份。

4.根据权利要求3所述的橡胶组合物，其特征在于，所述的炭黑分散剂为酰肼类和S-（3-氨基丙基）硫代硫酸及其金属盐中的一种；优选，所述的炭黑分散剂为 S-（3-氨基丙基）硫代硫酸。

5.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物，其特征在于，硫化剂包括不溶性硫磺5.0~8.0份，促进剂NS 1.5~3.0份，抗硫化返原剂 0.5~1.5份。

6.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物，其特征在于，所述的炭黑为平均粒径≥40nm的通用炭黑和快压出炭黑中的一种；优选，炭黑为45-60份炭黑N550，4-6份炭黑N660。

7.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物，其特征在于，所述的高顺式聚丁二烯橡胶为镍系聚丁二烯橡胶；所述的高顺式聚丁二烯橡胶的顺式含量≥95%。

8.一种权利要求1-7任意一项权利要求所述橡胶组合物的混炼方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）采用切线密炼机进行一段混炼：转子转速50~60rpm，上顶栓压力4.8±0.2bar，密炼机冷却水温度30~35℃，包含以下步骤：

①加入橡胶、炭黑、炭黑分散剂、除增塑剂外的加工助剂，压上顶栓，升温至105~115℃；

②升上顶栓，加入增塑剂；

③压上顶栓，继续升温至160℃~170℃；

④升上顶栓，排胶；

（2）采用切线密炼机进行二段混炼：转子转速40~50rpm，上顶栓压力4.8±0.2bar，密炼机冷却水温度30~35℃，包含以下步骤：

①将一段母胶片投入密炼机，压上顶栓，混炼20~30秒；

②升上顶栓，保持3-8秒；

③压上顶栓，继续升温至155~165℃；

④升上顶栓，排胶；

（3）采用切线密炼机进行终炼：转子转速20~30rpm，上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度30~35℃，包含以下步骤：

①加入二段母胶片、硫化剂，压上顶栓，混炼20~25秒；

②升上顶栓，保持3-8秒；

③压上顶栓，继续混炼20~25秒；

④升上顶栓，保持3-8秒；

⑤压上顶栓，升温至95~102℃；

⑥升上顶栓，排胶。

9.权利要求1-7任意一项权利要求所述的橡胶组合物在制作缺气保用轮胎中的应用。

10.一种缺气保用轮胎，其特征在于，该轮胎的缺气保用支撑胶采用权利要求1-7任意一项权利要求所述的橡胶组合物硫化制作得到。