CN114921031A - 一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊制备方法，所述制备方法步骤为：S1、使用高速搅拌装置，将一种或者多种含有‑OH、‑O‑O‑、‑NH2官能团物质与蓖麻油搅拌反应形成悬浮液混合物；S2、再步骤一中形成的悬浮液混合物在大型密炼机中与丁基橡胶及炭黑等补强剂一起混炼分散；S3、步骤二中的物料冷却后导入捏炼机中，并加入树脂制成耐老化的硫化胶囊胶料。本发明制得的一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊具有更高的表面能，其与隔离剂具有更强的结合强度，有利于减少隔离剂的用量，少量隔离剂即可在轮胎橡胶表面形成一层较薄、但结合力足够达标的隔离剂层。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫化胶囊及其制备方法，尤其是涉及一种与轮胎隔离剂具有较高结合能力的硫化胶囊及其制备方法，属于轮胎生产技术领域。
背景技术
硫化胶囊(curing bladder)，是一种中空薄壁橡胶制品，用于装入在硫化机中待硫化的轮胎胎坯内腔中，随后在硫化胶囊中通入加热介质，配合硫化机进行定型和硫化作业。因此，轮胎硫化胶囊是轮胎硫化生产过程中必不可少的辅材。
目前，行业内半钢子午线轮胎硫化依然采用内喷涂加上在硫化胶囊表面喷涂隔离剂的工艺，解决轮胎胎胚和硫化胶囊之间的润滑问题，从而不仅有利于排气，而且通过隔离剂层的存在保证了生产的轮胎内壁的质量，并且通过隔离剂层对硫化胶囊表面的隔离保护，还起到了保护轮胎胶囊不受胎胚助剂腐蚀的作用。同时，行业内内全钢取消轮胎胎胚的内喷涂只将隔离剂喷涂到硫化胶囊表面，通过隔离剂反应到胶囊表面以后形成的形成隔离剂层起到保护轮胎胶囊不受胎胚助剂腐蚀延长，从而其使用寿命。
同时，为了进一步提升轮胎内观，轮胎厂也均要求轮胎胶囊表面形成的隔离剂层具有一定的粘结强度，以免剥落形成硫化后轮胎内壁的质量。而隔离剂一般含硅，主要成分是溶剂，使用少了达不到防粘的效果，时效短，使用多了保护层过厚容易后期脱落，同时喷或刷多了，容易流淌需要二次甚至三次反复修补，造成人员劳动强度大，且浪费严重，并且更厚的隔离剂层也需要更高的烘烤温度和烘烤时间，造成能源的浪费。
综上分析，只有当构成硫化胶囊的橡胶材料与含硅的隔离剂具有较好的粘结性能时，可实现较薄的隔离剂层解决上述问题。而隔离剂与轮胎橡胶的结合强度取决于两方面因素：①硫化胶囊和隔离剂之间的粘附力，与硫化胶囊表面的性质和状态有关；②硫化胶囊和隔离剂内聚力的大小，与硫化胶囊自身的分子间作用力有关。因此，在无法改变隔离剂的情况下，需要对轮胎胶囊的制造材料进行改进，此时需要考虑极性，非极性高分子表面能低，轮胎胶囊的主材丁基橡胶含有≧95％异丁烯单元、以及少量的异戊二烯单元，不饱和度极低，导致胶囊表面表面能低，容易附着一些内聚能较低的有机成分，而官能团的不足导致早期隔离剂不容易反应上去，同时，丁基胶作为合成橡胶的一种本身表面能低，胶囊隔离剂喷涂在轮胎胶囊上后难浸润，且容易自由流淌，为了能更好的形成一层隔离涂覆膜，需要在一次喷涂烘烤后，进行加量二次喷涂，并进行二次喷涂后进行二次烘烤，从而不但造成人力和能源的浪费，且喷涂形成的隔离剂层过厚容易脱落。
因此，通过配方调整使胶囊表面能提高，同时提供更多的反应基团与胶囊隔离剂更好的浸润和反应，提高结合强度，有效的减少隔离剂的喷涂量、以及隔离剂脱落导致轮胎内观不良的状况。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种易与轮胎隔离剂反应结合的硫化胶囊及其制备方法，使得硫化胶囊具有更高的表面能，其与隔离剂具有更强的结合强度，有利于减少隔离剂的用量，少量隔离剂即可在轮胎橡胶表面形成一层较薄、但结合力足够达标的隔离剂层。
本发明的目的是这样实现的：
一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊制备方法，所述制备方法步骤为：
S1、使用高速搅拌装置，将一种或者多种含有-OH、-O-O-、-NH2官能团物质与蓖麻油搅拌反应形成悬浮液混合物；
S2、再步骤一中形成的悬浮液混合物在大型密炼机中与丁基橡胶及炭黑等补强剂一起混炼分散；
S3、步骤二中的物料冷却后导入捏炼机中，并加入树脂制成耐老化的硫化胶囊胶料。
优选的，S1中使用高速混合机，开启高速转速400rpm，温度为室温，投入凹凸棒土；随后加入聚醚多元醇、聚醚多元胺和二羟基聚醚中的一种或多种，随后转速设置为900rpm，搅拌时间设置为时间5min，同时升温至65～75℃；接着加入蓖麻油，转速1000rpm，时间2min，升温至100～105℃，悬浮液放入投料袋中备用。
优选的，所述S2的细化步骤为：
S2.1、密炼机中投入丁基胶+氯丁胶，密炼机搅拌时间为45S；
S2.2、密炼机中投入炭黑+氧化锌，密炼机搅拌时间为80S；
S2.3、密炼机中投入步骤S1中的悬浮液混合物，密炼机搅拌时间为100S；
S2.4、密炼机搅拌70S；
S2.5、密炼机内的混合物料升温至180℃后排料。
优选的，所述S3的细化步骤为：
S3.1、捏炼机中投入步骤S2中冷却至60℃的胶料，捏炼机作业时间为25S；
S3.2、捏炼机中投入树脂，捏炼机作业时间为50S；
S3.3、捏炼机作业时间为50S；
S3.4、捏炼机作业时间为50S；
S3.5、升温至100℃后排料。
一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊，其特征在于：各组分按质量比为：丁基橡胶48～54％，氯丁橡胶2.5～3％，N330炭黑25～28％，氧化锌2.5～3％，酚醛树脂5.0～5.5％，蓖麻油2.0～3.0％，极性助剂3.5～15％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在通过在丁基橡胶中加入含有-OH、-O-O-、-NH2官能团的物质以提高轮胎橡胶的表面能，从而提高其余含硅的隔离剂的结合能力，因此够在不改变原有喷涂工艺的情况下，减少胶囊保护剂使用量25％以上，并明显降低因隔离剂脱落造成的轮胎内观不良。
具体实施方式
本发明涉及一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊，包含有一种或者多种含有-OH、-O-O-、-NH2官能团的物质，-OH、-O-O-、-NH2官能团都能与Si发生化学作用，提高粘附性，且含极性的-OH、-O-O-、-NH2官能团的加入还能提高轮胎橡胶的表面能。主要物料按质量比为，丁基橡胶48～54％，氯丁橡胶2.5～3％，N330炭黑25～28％，氧化锌2.5～3％，酚醛树脂5.0～5.5％，蓖麻油2.0～3.0％，极性助剂3.5～15％。
其制备方法为所述方法步骤为：
S1、使用高速搅拌装置，将一种或者多种含有-OH、-O-O-、-NH2官能团物质与蓖麻油搅拌反应形成悬浮液混合物；具体的讲：使用高速混合机，开启高速转速400rpm，温度为室温，投入凹凸棒土；加入聚醚多元醇、聚醚多元胺和二羟基聚醚中的一种或多种，随后转速设置为900rpm，搅拌时间设置为时间5min，同时升温至65～75℃；接着加入蓖麻油，转速1000rpm，时间2min，升温至100～105℃，悬浮液放入投料袋中备用。
S2、再步骤一中形成的混合物在大型密炼机中与丁基橡胶及炭黑等补强剂一起混炼分散，标记为“一段胶，无S”，具体工艺为：
即本步骤中的投料顺序和搅拌为：
S2.1、投入丁基胶+氯丁胶，搅拌时间为45S；
S2.2、投入炭黑+氧化锌，搅拌时间为80S；
S2.3、投入步骤一悬浮液混合物，搅拌时间为100S；
S2.4、搅拌70S；
S2.5、升温至180℃后排料。
步骤S1和步骤S2中分两次进行投料的优势在于：丁基橡胶经过密炼机高温高压混炼后能起到好的塑炼效果，使配合物之间充分混合，高温下还能让小分子物质进一步挥发，提高耐热性。冷却至60℃以后胶料尺寸基本稳定，形成的结合胶基本完成，低温投入捏炼机加硫化树脂也能防止因温度高引起的焦烧现象。
S3、步骤二中的物料冷却至60℃左右再上捏炼机加入树脂制成耐老化的硫化胶囊胶料。
即其本步骤中的投料顺序和搅拌为：
S3.1、投入步骤S2中冷却至60℃的胶料，捏炼机作业时间为25S；
S3.2、投入树脂，捏炼机作业时间为50S；
S3.3、捏炼机作业时间为50S；
S3.4、捏炼机作业时间为50S；
S3.5、升温至100℃后排料。
加入硫化树脂是交联剂，能形成交联，达到一定的交联改混合物才能制成硫化胶囊具有使用效果。
具体的讲：本发明中的官能团使用高分子量聚醚多元醇、聚醚多元胺和二羟基聚醚(也称为聚醚二元醇，俗称丙二醇聚醚)中的一种或者多种参与；丁基胶选购自浙江信汇新材料有限公司，牌号CB-01；
氯丁胶选购自日本电气化学株式会社，牌号A90；
炭黑选购自卡博特(中国)投资有限公司，牌号N330；
聚醚多元醇选购自陶氏化学，牌号SPECFLEX NC701；
聚醚多元胺选购自美国亨斯曼，牌号MA3500；
二羟基聚醚选购自，南通恒创化工有限公司，牌号N240；
凹凸棒石，中材凹凸棒石黏土有限公司，200～400目。
下面结合四组实施例数据进行对比实验检测：
| 单位：kg | CB-01 | A90 | 氧化锌 | N330 | 凹凸棒土 | 聚醚多元醇 | 聚醚多元胺 | 蓖麻油 | 酚醛树脂 | 总计 |
| 实施例一 | 40.214 | 2.011 | 2.011 | 20.107 | 4.021 | 0.000 | 0.000 | 1.609 | 4.021 | 73.994 |
| 实施例二 | 40.214 | 2.011 | 2.011 | 20.107 | 4.021 | 1.005 | 0.000 | 1.609 | 4.021 | 75 |
| 实施例三 | 40.214 | 2.011 | 2.011 | 20.107 | 4.021 | 0.000 | 1.005 | 1.609 | 4.021 | 75 |
| 实施例四 | 40.214 | 2.011 | 2.011 | 20.107 | 4.021 | 0.603 | 0.402 | 1.609 | 4.021 | 75 |
实施例一：
一种易于轮胎隔离剂结合的硫化胶囊材料及其制作方法，由以下重量配方构成，见表3包含4.021kg凹凸棒土其制备可通过以下步骤实现：
步骤一：使用高速混合机，开启高速转速400rpm，温度室温，投入凹凸棒土；加入蓖麻油，转速1000rpm，时间2min，升温至100～105℃，悬浮液放入投料袋中备用。
步骤二：按配方称重，在密炼机中投入CB-01和A90，一压45s；继续投入N330和氧化锌，二压80s。投入悬浮液，三压100s，空压70s，提砣后继续空压至料温180℃排料；
步骤三：在捏炼机中投入一段料，压砣25s，加入树脂压砣50s，继续压二次50s，提砣，再空压至料温100℃排料；
步骤四：步骤三中的物料通过过滤机基础胶条后，上注射机硫化，硫化条件190℃×35min做成相应产品。
实施例二：
一种易于轮胎隔离剂结合的硫化胶囊材料及其制作方法，由以下重量配方构成，见表三包含4.023kg凹凸棒土和1.005kg聚醚多元醇，其制备可通过以下步骤实现：
步骤一：使用高速混合机，开启高速转速400rpm，温度室温，投入凹凸棒土；；加入聚醚多元醇，转速900rpm，时间5min，升温至65～75℃；加入蓖麻油，转速1000rpm，时间2min，升温至100～105℃，悬浮液放入投料袋中备用。
步骤二：按配方称重，在密炼机中投入CB-01和A90，一压45s；继续投入N330和氧化锌，二压80s。投入悬浮液，三压100s，空压70s，提砣后继续空压至料温180℃排料；
步骤三：在捏炼机中投入一段料，压砣25s，加入树脂压砣50s，继续压二次50s，提砣，再空压至料温100℃排料；
步骤四：步骤三中的物料通过过滤机基础胶条后，上注射机硫化，硫化条件190℃×35min做成相应产品。
实施例三：
一种易于轮胎隔离剂结合的硫化胶囊材料及其制作方法，由以下重量配方构成，见表三包含4.023kg凹凸棒土和1.005kg聚醚多元醇，其制备可通过以下步骤实现：
步骤一：使用高速混合机，开启高速转速400rpm，温度室温，投入凹凸棒土；加入聚醚多元胺，转速900rpm，时间5min，升温至65～75℃；加入蓖麻油，转速1000rpm，时间2min，升温至100～105℃，悬浮液放入投料袋中备用。
步骤二：按配方称重，在密炼机中投入CB-01和A90，一压45s；继续投入N330和氧化锌，二压80s。投入悬浮液，三压100s，空压70s，提砣后继续空压至料温180℃排料；
步骤三：在捏炼机中投入一段料，压砣25s，加入树脂压砣50s，继续压二次50s，提砣，再空压至料温100℃排料；
步骤四：步骤三中的物料通过过滤机基础胶条后，上注射机硫化，硫化条件190℃×35min做成相应产品。
实施例四：
一种易于轮胎隔离剂结合的硫化胶囊材料及其制作方法，由以下重量配方构成，见表三包含4.023kg凹凸棒土、0.603kg聚醚多元醇和0.402kg聚醚多元胺，其制备可通过以下步骤实现：
步骤一：使用高速混合机，开启高速转速400rpm，温度室温，投入凹凸棒土；加入聚醚多元醇和聚醚多元胺，转速900rpm，时间5min，升温至65～75℃；加入蓖麻油，转速1000rpm，时间2min，升温至100～105℃，悬浮液放入投料袋中备用。
步骤二：按配方称重，在密炼机中投入CB-01和A90，一压45s；继续投入N330和氧化锌，二压80s。投入悬浮液，三压100s，空压70s，提砣后继续空压至料温180℃排料；
步骤三：在捏炼机中投入一段料，压砣25s，加入树脂压砣50s，继续压二次50s，提砣，再空压至料温100℃排料；
步骤四：步骤三中的物料通过过滤机基础胶条后，上注射机硫化，硫化条件185℃×35min做成相应产品。
实施例与常规料的分析对比：
对四组实施例获得的物料与常规料进行流变性能测试得到下表：
可见加入新的材料并不会明显影响硫化效率。
随后，将四组实施例中获得的物料按照190℃×30min硫化成2mm的标准样片，按照国标GBT528-2009(拉伸)，GBT529-2008(撕裂)，GBT531.1-2008(硬度)进行机械测试，得到下表。
由上表可知，加入后机械性能满足要求，满足拉伸强度大于10Mpa，伸长大于650％，撕裂大于35的企业标准。
接着，利用接触角仪测得接触角及表面自由能，通过机械行业粗糙度仪测得粗糙度，测试所用样品都是硫化出的2mm厚试片，三次测量取平均值，获得下表——表面性能测试表。
由上表可知，通过配方优化和新的混炼工艺，能明显降低接触角，提高表面自由能，表面粗糙度的提高也从润湿效果上得到体现，最终能显著增加隔离剂干燥后附着的隔离剂的量，送轮胎客户处使用后，客户认可：前200硫化过程中不需要额外喷涂隔离剂，200次以后可以30次喷一次，并且没有因胶囊隔离剂脱落影响轮胎外观的情况发生，常规料预处理的胶囊前200次硫化轮胎的过程中至少喷涂4～8次隔离剂，200次以后10～20次喷一次隔离剂，因此本发明制得的胶囊可以起到明显的经济效益。同样喷涂上去10.41g的隔离剂，初始隔离剂用量从40g变为约30g，节约隔离剂25％以上，能起到之前一样的效果。
另外：需要注意的是，上述具体实施方式仅为本专利的一个优化方案，本领域的技术人员根据上述构思所做的任何改动或改进，均在本专利的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊制备方法，其特征在于：所述制备方法步骤为：
S1、使用高速搅拌装置，将一种或者多种含有-OH、-O-O-、-NH2官能团物质与蓖麻油搅拌反应形成悬浮液混合物；
S2、再步骤一中形成的悬浮液混合物在大型密炼机中与丁基橡胶及炭黑等补强剂一起混炼分散；
S3、步骤二中的物料冷却后导入捏炼机中，并加入树脂制成耐老化的硫化胶囊胶料。
2.根据权利要求1所述一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊制备方法，其特征在于：S1中使用高速混合机，开启高速转速400 rpm，温度为室温，投入凹凸棒土；随后加入聚醚多元醇、聚醚多元胺和二羟基聚醚中的一种或多种，随后转速设置为900 rpm，搅拌时间设置为时间5min，同时升温至65~75℃；接着加入蓖麻油，转速1000 rpm，时间2min，升温至100~105℃，悬浮液放入投料袋中备用。
3.根据权利要求1所述一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊制备方法，其特征在于：所述S2的细化步骤为：
S2.1、密炼机中投入丁基胶+氯丁胶，密炼机搅拌时间为45S；
S2.2、密炼机中投入炭黑+氧化锌，密炼机搅拌时间为80S；
S2.3、密炼机中投入步骤S1中的悬浮液混合物，密炼机搅拌时间为100S；
S2.4、密炼机搅拌70S；
S2.5、密炼机内的混合物料升温至180℃后排料。
4.根据权利要求1所述一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊制备方法，其特征在于：所述S3的细化步骤为：
S3.1、捏炼机中投入步骤S2中冷却至60℃的胶料，捏炼机作业时间为25S；
S3.2、捏炼机中投入树脂，捏炼机作业时间为50S；
S3.3、捏炼机作业时间为50S；
S3.4、捏炼机作业时间为50S；
S3.5、升温至100℃后排料。
5.一种易与轮胎隔离剂反应的硫化胶囊，其特征在于：各组分按质量比为：丁基橡胶48~54%，氯丁橡胶2.5~3%，N330炭黑25~28%，氧化锌2.5~3%，酚醛树脂5.0~5.5%，蓖麻油2.0~3.0%，极性助剂3.5~15%。
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