CN114891285A - 一种半钢子午线轮胎胎面胶料 - Google Patents

一种半钢子午线轮胎胎面胶料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半钢子午线轮胎胎面胶料，包括以下重量份的原料：橡胶主料100份、植物油1‑70份、低分子量聚合物1‑60份、炭黑5‑50份、白炭黑40‑150份、硅烷偶联剂1‑20份、防老剂1‑10份、硬脂酸1‑5份、氧化锌1‑5份、硫磺粉1‑5份和促进剂1‑5份。本发明通过对轮胎胎面胶料的改进，使制备得到的轮胎具有优异的冰地、雪地、干地和湿地制动性能。

Description

一种半钢子午线轮胎胎面胶料
技术领域
本发明涉及轮胎胎面胶料技术领域，更具体的说是涉及一种半钢子午线轮胎胎面胶料。
背景技术
汽车是人类日常生活中不可缺少的一部分，也是工业、农业、运输业以及新型产业不可缺少的重要工具，作为唯一与地面接触的零部件，轮胎是汽车几万个零件中最重要的部分之一。
冬季轮胎通过降低Tg点来提升配方的冬季性能，这样可以提升配方的冰地抓地性能和雪地抓地性能，降低Tg点的途径主要为增加低Tg点材料的含量，具体是调整生胶配比，使用低Tg点橡胶作为主要材料。
鉴于目前人们对安全性能的重视程度日益提升，在日常驾驶车辆出行时，对轮胎也就提出更高的安全性能需求，既要考虑到干路面和湿路面的抓地性能，又需要兼顾冬季行驶时的冰雪地性能。
因此，如何解决目前冬季冰雪地性能优异时干湿地性能降低，或者干湿地性能优异时冰雪地性能变差的矛盾是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种半钢子午线轮胎胎面胶料，通过对轮胎胎面胶料的改进，使制备得到的轮胎具有优异的冰地、雪地、干地和湿地制动性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种半钢子午线轮胎胎面胶料，包括以下重量份的原料：橡胶主料100份、植物油1-70份、低分子量聚合物1-60份、炭黑5-50份、白炭黑40-150份、硅烷偶联剂1-20份、防老剂1-10份、硬脂酸1-5份、氧化锌1-5份、硫磺粉1-5份和促进剂1-5份。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述橡胶主料包括天然橡胶、聚丁二烯聚合物、苯乙烯-丁二烯共聚物中的任一种或者几种的组合。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述橡胶主料由质量比为(1-80)：(1-60)：(1-100)的天然橡胶、聚丁二烯聚合物、苯乙烯-丁二烯共聚物组成。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述天然橡胶包括胶乳、5#天然橡胶、10#天然橡胶、20#天然橡胶，产地是泰国、越南、非洲、中国、马来西亚等地，进一步优选的所述天然橡胶为20#天然橡胶，且所述天然橡胶的含量为30～50份。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述聚丁二烯聚合物由丁二烯单体聚合而成，包含顺式和反式聚丁二烯聚合物；
进一步优选的，所述聚丁二烯聚合物为顺式含量大于90％的丁二烯聚合物，且所述聚丁二烯聚合物的Tg点为-40℃～-110℃；
且更进一步优选的，所述聚丁二烯聚合物的添加量为10-40份，更优选为15-30份。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述苯乙烯-丁二烯共聚物中苯乙烯的含量在0-50％之间，1,2-丁二烯的含量在0-80％之间；进一步地，所述苯乙烯-丁二烯共聚物中苯乙烯的含量为0-20％，1,2-丁二烯的含量为20-60％；
进一步优选的，所述苯乙烯-丁二烯共聚物的的Tg点为-10℃～-90℃；
更进一步优选的，所述苯乙烯-丁二烯共聚物的添加量为30-80份，更优选为50-60份。
所述苯乙烯-丁二烯共聚物分子链末端或/和链段中存在有利于和白炭黑填料结合的官能团，其作用是可以帮助白炭黑在橡胶中的分散，提升白炭黑和橡胶的作用力，降低胎面胶料模量，最终可以提升胎面胶料冰雪地抓地和干湿地抓地性能。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述植物油为大豆油、花生油、菜籽油中的任意一种或者几种的混合，进一步优选的，所述植物油为从油菜籽中提取的油菜籽油；且所述植物油的添加量优选为20-30份。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述植物油的倾点为-10℃～-30℃，凝点为-15℃～-35℃，Tg点为-30℃～-100℃。
本发明使用的是从植物中提取得到的植物油，具有分布广泛、提取技术成熟，以及无污染、无致癌性的优点。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，在25℃的环境下，所述低分子量聚合物为液体增塑剂或者固体增塑剂中的一种或者两种的混合，进一步优选的，所述低分子量聚合物的添加量为20-50份；
进一步优选的，所述液体增塑剂是分子量不大于2万的低分子量聚合物，更优选为分子量在1.5万以内的低分子量聚合物，且所述液体增塑剂的Tg点在-20℃以下；
进一步优选的，所述固体增塑剂是分子量不大于2万的低分子量聚合物，且所述固体增塑剂的软化点为70～180℃，Tg点为10℃～120℃。
进一步优选的，所述低分子量聚合物为包含苯乙烯、C5馏分、C9馏分、双环戊二烯、帖烯单体(C10系列)、松香单体(C20系列)、丁二烯、戊二烯中的任意一种或者几种单体的聚合物。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述炭黑的吸碘值为50～300g/kg，进一步优选的，所述炭黑的吸碘值为70～200g/kg；
更进一步优选的，所述炭黑作为补强剂，其添加量为10-20份。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述白炭黑的氮吸附比表面积为60-100m2/g，二氧化硅含量在80％以上；
进一步优选的，所述白炭黑作的添加量为60-130份。
本发明使用低比表面积的白炭黑具有降低低温下模量，提高配方在低温时的柔顺性，当轮胎在低温环境下使用时，可以及时根据路面调整轮胎表面和路面的接触形式，始终保持最大的接触面积，增加冰雪地的抓地力。
优选的，在上述一种半钢子午线轮胎胎面胶料中，所述硅烷偶联剂是白炭黑重量份数的0.08倍。
硅烷偶联剂具有连接白炭黑和橡胶分子链的作用，其典型特征为物质的分子链中只含有一个Si元素，结构更加稳定，可以保证加工时的安全性，胶料在高温混炼时，具有更快更好的填料分散性。
本发明胶料的混炼过程可采用橡胶混炼领域技术人员已知的方法完成，例如在通常情况下，将各组分在至少两个阶段中进行混炼，即至少一个非生产性混炼阶段，随后一个生产性混炼阶段，橡胶与聚合物树脂在一个或多个非生产性混炼阶段进行混炼。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种半钢子午线轮胎胎面胶料，具有以下有益效果：
首先，传统的半钢轮胎胎面配方大都使用石油系芳烃油，具有较高的Tg点，用于冬季轮胎胎面配方中具有很大的局限性，而本发明使用Tg点较低的植物油，在气温比较低的情况下，可以仍然具有不错的流动性，保证胶料在低温下的柔顺性；其次，液体橡胶和树脂的应用，既可以保证胶料低温下具有较低的模量，以确保冬季冰雪地抓地性能，还可以同时保证配方在干湿地路况条件下具有较好的抓地性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1－2及对比例1胎面胶料的制动距离指数对比示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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。
在BR Banbury密炼机中制备如表1中所规定成分的橡胶组合物，具体过程如下：
将橡胶主料在非生产混炼阶段加入密炼机中进行50S混炼，随后加入炭黑、白炭黑和硅烷偶联剂在非生产阶段热机械操作2分钟后加入液体增塑剂；不同制备过程采取四个分开的加料混炼阶段，即，三个非生产性混炼阶段和一个生产性混炼阶段。两个非生产性阶段分别进行约1-3min的混炼，直至橡胶温度达到160℃，即完成。回收冷却由此产生的混合物，然后将硫磺粉与促进剂加入到外部混合器进行混炼，生产性阶段混合适当时间，当混炼橡胶温度达到115℃时排胶停放，其中促进剂优选为次磺酰胺。
表1
Figure BDA0003623014380000051
Figure BDA0003623014380000061
需要注意的是，在表1中，聚丁二烯聚合物为顺式含量大于90％的丁二烯聚合物，且聚丁二烯聚合物的Tg点为-40℃～-110℃；苯乙烯-丁二烯共聚物中苯乙烯的含量在0-50％之间，1,2-丁二烯的含量在0-80％之间，且苯乙烯-丁二烯共聚物的Tg点为-10℃～-90℃；油菜籽油的倾点为-10℃～-30℃，凝点为-15℃～-35℃，Tg点为-30℃～-100℃；
低分子量液体聚合物的Tg点在-20℃以下，低分子量固体聚合物的软化点为70～180℃，Tg点为10℃～120℃；炭黑的吸碘值为50～300g/kg；白炭黑的氮吸附比表面积为60-100m2/g，二氧化硅含量在80％以上。
进一步地，以片状形式压延上述制备的橡胶组合物后形成测试物理性能相关样品，在150℃下硫化30分钟后测试相关的物理与机械、动态性能，并且从挤出胎面或成品轮胎胎面上截取物理性能测试样品并检测，检测结果参见表2及图1。
表2检测结果
151℃*30min硫化 对比例1 实施例1 实施例2
硬度(度) 58 63 64
DMA的0℃tanδ 0.21 0.26 0.30
DMA测试峰值对应温度(℃) -37 -50 -55
在本发明轮胎胎面胶料中，油菜籽油和液体增塑剂的使用可以降低胶料Tg点，提高胶料在低温下的柔顺性，高分数低比表面积白炭黑和固体增塑剂可以保证胶料的湿滑性能参数0℃tanδ，从而可以同时提高轮胎在冰面、雪地、湿地和干地的抓地。
参见附图1，在图中方案1-3分别对应上述对比例1、实施例1、实施例2，且在不同制动条件下，柱状图从左到右依次对应方案1、方案2、方案3，可以发现的是，使用油菜籽油、低比表面积白炭黑、液体增塑剂、固体增塑剂，可以改善冬季轮胎的冬季性能，同时改善干湿地制动性能，同时使用油菜籽油还具有保护环境和可持续发展的优点。
需要注意的是，表2中的硬度根据轮胎工业可接受的硬度测试方法进行，报道值越高，意味着操控性能越好；0℃tanδ根据轮胎工业可接受的硬度测试方法进行，报道值越高，意味着抗湿滑性能越高；动态Tg(℃)根据轮胎工业可接受的硬度测试方法进行，报道值越低，意味着冬季性能越好。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方案而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，包括以下重量份的原料：橡胶主料100份、植物油1-70份、低分子量聚合物1-60份、炭黑5-50份、白炭黑40-150份、硅烷偶联剂1-20份、防老剂1-10份、硬脂酸1-5份、氧化锌1-5份、硫磺粉1-5份和促进剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述橡胶主料包括天然橡胶、聚丁二烯聚合物、苯乙烯-丁二烯共聚物中的任一种或者几种的组合。
3.根据权利要求1或2所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述橡胶主料由质量比为(1-80)：(1-60)：(1-100)的天然橡胶、聚丁二烯聚合物、苯乙烯-丁二烯共聚物组成。
4.根据权利要求2所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述聚丁二烯聚合物为顺式含量大于90％的丁二烯聚合物，且所述聚丁二烯聚合物的Tg点为-40℃～-110℃。
5.根据权利要求2所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述苯乙烯-丁二烯共聚物中苯乙烯的含量在0-50％之间，1,2-丁二烯的含量在0-80％之间，且所述苯乙烯-丁二烯共聚物的Tg点为-10℃～-90℃。
6.根据权利要求1所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述植物油的倾点为-10℃～-30℃，凝点为-15℃～-35℃，Tg点为-30℃～-100℃。
7.根据权利要求1所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述低分子量聚合物为液体增塑剂或者固体增塑剂中的一种或者两种的混合，且所述液体增塑剂的Tg点在-20℃以下，所述固体增塑剂的软化点为70～180℃，Tg点为10℃～120℃。
8.根据权利要求7所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述低分子量聚合物为包含苯乙烯、C5馏分、C9馏分、双环戊二烯、帖烯单体、松香单体、丁二烯、戊二烯中的任意一种或者几种单体的聚合物。
9.根据权利要求1所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述炭黑的吸碘值为50～300g/kg。
10.根据权利要求1所述的一种半钢子午线轮胎胎面胶料，其特征在于，所述白炭黑的氮吸附比表面积为60-100m2/g，二氧化硅含量在80％以上。
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