CN114957816A - 一种飞机轮胎三角胶芯胶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种飞机轮胎三角胶芯胶及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明的三角胶芯胶具有良好的耐热性能和低滞后损失性能，能够降低胎圈部位生热，减少红外特征，使隐形飞机有良好的隐身能力，同时轮胎在高载、高速条件下使用时三角胶芯部位不易出现胶熔、脱开的质量问题，满足隐形飞机轮胎的使用性能。

Description

一种飞机轮胎三角胶芯胶及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种飞机轮胎三角胶芯胶及其制备方法。
背景技术
如图1所示，三角胶芯是轮胎胎圈结构的一个组成部分，位于钢丝圈的上端，不仅起填充作用，使胎圈轮廓过渡均匀，同时起加强胎圈的作用。三角胶芯胶除了要求高硬度外，还需有抗疲劳、抗热老化性能好，生热低，并要有良好的加工性能及较好的表面粘性。由于隐形飞机对隐身性能和超音速性能要求高，飞机轮胎在高载荷、超音速的苛刻条件下使用，与轮辋接触的胎圈部位受力大、变形大，同时胎圈部位有各种部件(包括钢丝圈、纤维帘布层、子口包布及三角胶芯等)，部件较多受力复杂，在轮胎地面运动过程中该部位会受到较高频率力的作用，尤其是在重载条件下，胎圈部位产生的滞后损失大、温度高，红外特征较明显。
普通的航空轮胎三角胶芯胶，存在着拉伸强度和撕裂强度较低、耐热和抗生热性能不够好的缺点，使用时胎圈部位容易出现胶熔、脱开等质量问题，并且普通的航空轮胎三角胶芯胶采用大量的补强剂来保证高硬度及刚性模量，胶料抗生热性能不好，滞后损失大，红外效应明显，影响了飞机的隐身性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞机轮胎三角胶芯胶及其制备方法，本发明的三角胶芯胶具有良好的耐热性能和低滞后损失性能，能够降低胎圈部位生热，减少红外特征，使隐形飞机有良好的隐身能力，同时轮胎在高载、高速条件下使用时三角胶芯部位不易出现胶熔、脱开的质量问题，满足隐形飞机轮胎的使用性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种飞机轮胎三角胶芯胶，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑35～50份、微晶石墨10～25份、氧化锌3～8份、硬脂酸1～3份、芳烃油1～4份、对苯二胺类防老剂4020 1～3份、对苯二胺类防老剂H0.2～0.5份、酮胺类防老剂S-TMQ 0.5～4份、酚醛补强树脂SL-2101 5～15份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020 2～3份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5～2份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.6～2.5份、六亚甲基四胺HMT 0.5～1.5份。
优选的，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑50份、微晶石墨10份、氧化锌5份、硬脂酸2份、芳烃油3份、对苯二胺类防老剂40201.5份、对苯二胺类防老剂H 0.3份、酮胺类防老剂S-TMQ 1.5份、酚醛补强树脂SL-2101 10份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020 2.7份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.6份、六亚甲基四胺HMT 1份。
优选的，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑40份、微晶石墨20份、氧化锌5份、硬脂酸2份、芳烃油2.5份、对苯二胺类防老剂40201.5份、对苯二胺类防老剂H 0.3份、酮胺类防老剂S-TMQ 1.5份、酚醛补强树脂SL-210110份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-70202.6份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.8份、六亚甲基四胺HMT 1份。
优选的，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑35份、微晶石墨25份、氧化锌5份、硬脂酸2份、芳烃油2份、对苯二胺类防老剂4020 1.5份、对苯二胺类防老剂H 0.3份、酮胺类防老剂S-TMQ 1.5份、酚醛补强树脂SL-2101 10份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020 2.5份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 2份、六亚甲基四胺HMT 1份。
本发明提供了上述方案所述飞机轮胎三角胶芯胶的制备方法，包括以下步骤：将各制备原料进行混炼，将所得混炼胶挤出后得到飞机轮胎三角胶芯胶。
本发明提供了一种飞机轮胎三角胶芯胶，包括以下重量份的制备原料：天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑35～50份、微晶石墨10～25份、氧化锌3～8份、硬脂酸1～3份、芳烃油1～4份、对苯二胺类防老剂4020 1～3份、对苯二胺类防老剂H 0.2～0.5份、酮胺类防老剂S-TMQ 0.5～4份、酚醛补强树脂SL-21015～15份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020 2～3份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5～2份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.6～2.5份、六亚甲基四胺HMT 0.5～1.5份。
与N330炭黑和N660炭黑相比，VJ炭黑是新工艺高结构高耐磨炭黑，具有更好的耐磨性能、更高的撕裂强度和好的导静电性能；微晶石墨也称天然隐晶质石墨，是一种天然无机材料，具有良好的自润滑性、耐高温、导电、耐辐射、抗热震性好及化学性质稳定，并且具有与炭黑相似的化学组成和微观结构，颗粒直径达到微米级别，其在橡胶基体中更易于分散，与VJ炭黑并用可提高胶料的耐高温性能及降低胶料滞后损失，降低轮胎使用过程中三角胶芯部位因受力大、变形大引起的温升，减少隐形飞机轮胎的滞后损失，提高飞机的隐身性能；加入的酚醛补强树脂SL-2101作为高效补强树脂同六亚甲基共同使用，提高了胶料的硬度、撕裂强度，延长焦烧时间，降低胶料的门尼粘度，使本发明能在不大量使用补强剂的情况下胶料有高的硬度及减低生热；加入对苯二胺类防老剂4020、防老剂H和酮胺类防老剂S-TMQ，使三角胶芯胶具有好的耐热氧老化性能和耐曲挠龟裂性能；加入的高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020，具有高分散性，防止半成品存放过程中硫磺喷出，保持半成品表面有较好的粘性，有利于与相邻部件的粘合，具有高温稳定性，能适应高温混炼的工艺条件和确保三角胶挤出的安全性；使用次磺酰胺类促进剂可使胶料具有较长的焦烧时间和较快的硫化速度，硫化胶强度高，硫化曲线平坦，操作安全性好；同时加入新型抗硫化返原剂SL-9088，使三角胶具有优异的耐热性能。另外，通过配方中的其它组份的合理配备，使该三角胶芯胶具有硬度高、拉伸强度和撕裂强度高、耐热性能和生热低的优点。该三角胶芯胶用于隐形飞机轮胎，可以适应飞机轮胎在高载、超音速条件下使用，在胎圈内部温度高的状况下，三角胶芯胶性能不下降，滞后损失小，满足隐形飞机的隐身性能，并使三角胶芯部位不易出现熔融、脱开而使轮胎损坏的问题。
实施例的结果表明，本发明的飞机轮胎三角胶芯胶对应的硫化胶具有良好抗生热性能、耐热老化性能、拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度和硬度以及耐屈挠龟裂性能，具体的性能见表1。
表1本发明飞机轮胎三角胶芯胶硫化后的性能数据
项目 单位 性能范围
硬度(邵尔A) 度 80～90
拉伸强度 MPa 19.0～25.0
扯断伸长率 ％ 350～500
100℃×24h热空气老化后伸长变化率 ％ -15～-25
撕裂强度(直角型) kN/m 70～100
压缩疲劳生热 ℃ 30～40
曲挠龟裂至6级的次数 万次 10～20
附图说明
图1为轮胎的纵切结构示意图，图中：1-胎面胶、2-补强层、3-胎体帘布层、4-气密层、5-三角胶芯、6-钢丝圈、7-轮辋。
具体实施方式
本发明提供了一种飞机轮胎三角胶芯胶，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑35～50份、微晶石墨10～25份、氧化锌3～8份、硬脂酸1～3份、芳烃油1～4份、对苯二胺类防老剂4020 1～3份、对苯二胺类防老剂H0.2～0.5份、酮胺类防老剂S-TMQ 0.5～4份、酚醛补强树脂SL-21015～15份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-70202～3份、不溶性硫磺IS-601～2份、抗硫化返原剂SL-90880.5～2份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.6～2.5份、六亚甲基四胺HMT 0.5～1.5份。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
以重量份数计，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括天然橡胶100份。在本发明中，所述天然橡胶优选为云南江城产高端天然橡胶，其拉伸强度、撕裂强度和扯断伸长率均明显高于印尼进口1#烟片胶，天然橡胶性能和印尼进口1#烟片胶的性能对比见表2。
表2本发明所用天然橡胶和印尼进口1#烟片胶的性能对比
Figure BDA0003725074010000041
Figure BDA0003725074010000051
表2中，拉伸强度检验方法为GB/T 528，扯断伸长率检验方法为GB/T528，撕裂强度检验方法为GB/T 529，压缩疲劳生热检验方法为GB/T 1687。
本发明通过在普通飞机轮胎三角胶中采用100％高性能的国产高端天然橡胶代替印尼进口1#烟片胶并用顺丁橡胶的生胶体系，具有更高的拉伸强度，且生热低。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括高结构高耐磨VJ炭黑35～50份，优选为38～47份，更优选为40～45份。在本发明的实施例中，所述高结构高耐磨VJ炭黑的重量份数为35份、40份或50份。在本发明中，与N330炭黑和N660炭黑相比，VJ炭黑是新工艺高结构高耐磨炭黑，具有更好的耐磨性能、更高的撕裂强度和好的导静电性能。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括微晶石墨10～25份，优选为15～20份。在本发明的实施例中，具体为10份、20份或25份。微晶石墨也称天然隐晶质石墨，是一种天然无机材料，具有良好的自润滑性、耐高温、导电、耐辐射、抗热震性好及化学性质稳定，并且具有与炭黑相似的化学组成和微观结构，颗粒直径达到微米级别，其在橡胶基体中更易于分散，与VJ炭黑并用可提高胶料的耐高温性能及降低胶料滞后损失，降低轮胎使用过程中三角胶芯部位因受力大、变形大引起的温升，减少隐形飞机轮胎的滞后损失，提高飞机的隐身性能。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括氧化锌3～8份，优选为4～7份，更优选为5～6份。在本发明的实施例中，具体为5份。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括硬脂酸1～3份，优选为1.5～2.5份，更优选为2份。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括芳烃油1～4份，优选为1.5～3.5份，更优选为2～3份。在本发明的实施例中，具体为2份、2.5份或3份。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括对苯二胺类防老剂40201～3份，优选为1.5～2.5份。在本发明的实施例中，具体为1.5份。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括对苯二胺类防老剂H 0.2～0.5份，优选为0.3～0.4份。在本发明的实施例中，具体为0.3份。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括酮胺类防老剂S-TMQ 0.5～4份，优选为1～3.5份，更优选为1.5～3份。在本发明的实施例中，具体为1.5份。本发明加入对苯二胺类防老剂4020、防老剂H和酮胺类防老剂S-TMQ，使三角胶芯胶具有好的耐热氧老化性能和耐曲挠龟裂性能。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括酚醛补强树脂SL-21015～15份，优选为7～13份，更优选为8～11份。在本发明的实施例中，具体为10份。本发明加入的酚醛补强树脂SL-2101作为高效补强树脂同六亚甲基共同使用，提高了胶料的硬度、撕裂强度，延长焦烧时间，降低胶料的门尼粘度，使本发明能在不大量使用补强剂的情况下胶料有高的硬度及减低生热。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-70202～3份，优选为2.2～2.8份，更优选为2.4～2.6份。在本发明中，所述高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020具有高分散性，防止半成品存放过程中硫磺喷出，保持半成品表面有较好的粘性，有利于与相邻部件的粘合，具有高温稳定性，能适应高温混炼的工艺条件和确保三角胶挤出的安全性。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括抗硫化返原剂SL-90880.5～2份，优选为1～1.5份。在本发明中，所述抗硫化返原剂SL-9088使三角胶具有优异的耐热性能。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.6～2.5份，优选为1.8～2.3份，更优选为2.0～2.1份。在本发明的实施例中，具体为1.6份、1.8份或2份。在本发明中，所述次磺酰胺类促进剂NS或CZ可使胶料具有较长的焦烧时间和较快的硫化速度，硫化胶强度高，硫化曲线平坦，操作安全性好。
以所述天然橡胶的重量份数为基准，本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶的制备原料包括六亚甲基四胺HMT 0.5～1.5份，优选为0.8～1.2份，更优选为0.9～1.1份。在本发明的实施例中，具体为1份。
本发明通过在普通飞机轮胎三角胶中采用100％高性能的国产高端天然橡胶代替印尼进口1#烟片胶并用顺丁橡胶的生胶体系、采用高结构高耐磨VJ炭黑并用微晶石墨代替高耐磨N330炭黑并用N660通用炭黑和天然气半补强炭黑的补强体系、高温稳定型不溶性硫黄IS-HS-7020替代不溶性硫黄IS-60、添加抗硫化返原剂SL-9088、酚醛补强树脂及防老剂H，提高了三角胶芯胶的硬度、拉伸强度、撕裂强度和耐热性能，降低了滞后损失，适应轮胎在高负荷下高速起飞、着陆时胎圈部位因受力大、变形大而温度高的使用条件和满足飞机隐身性能要求。
本发明提供了上述方案所述飞机轮胎三角胶芯胶的制备方法，包括以下步骤：将各制备原料进行混炼，将所得混炼胶挤出后得到飞机轮胎三角胶芯胶。
在本发明中，所述混炼的条件优选根据制备原料的量确定，当为实验室阶段的小试或中试实验时，仅采用一段混炼，当在车间实际生产时，优选采用二段混炼。
当采用一段混炼时，加料顺序优选为：向天然橡胶中加入氧化锌、硬脂酸、对苯二胺类防老剂4020、对苯二胺类防老剂H、酮胺类防老剂S-TMQ、酚醛补强树脂SL-2101，然后加入高结构高耐磨VJ炭黑、微晶石墨，接着加入芳烃油，最后加入高温稳定型不溶性硫黄IS-HS-7020、抗硫化返原剂SL-9088、次磺酰胺类促进剂NS或CZ、六亚甲基四胺HMT进行混炼。当采用一段混炼时，所述混炼优选在X(S)M1.7L密炼机上进行，转子转速优选为40r/min。
当采用二段混炼时，加料顺序优选为：向天然橡胶中加入氧化锌、硬脂酸、对苯二胺类防老剂4020、对苯二胺类防老剂H、酮胺类防老剂S-TMQ、酚醛补强树脂SL-2101，然后加入高结构高耐磨VJ炭黑、微晶石墨，再加入芳烃油进行混炼，排胶，得到一段母胶；
将所述一段母胶、高温稳定型不溶性硫黄IS-HS-7020、抗硫化返原剂SL-9088、次磺酰胺类促进剂NS或CZ和六亚甲基四胺HMT进行混炼，提栓2～3次，排胶，得到混炼胶。
在本发明中，当采用二段混炼时，优选在GK250E密炼机内进行。在本发明中，当采用二段混炼时，第一段混炼的转子转速优选为35r/min，第二段混炼的转子转速优选为30r/min。
本发明优选采用挤出机进行挤出，得到飞机轮胎三角胶芯胶。
具体应用时，本发明在胎圈芯包布机上用胎圈芯包布将钢丝圈和三角胶芯胶包牢制成胎圈芯半成品，在成型机上将胎圈芯半成品扣在成型鼓的两端，制成轮胎胎坯，并通过硫化机将胎坯硫化而成为轮胎成品。
下面结合实施例对本发明提供的飞机轮胎三角胶芯胶及其制备方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3
所用微晶石墨为北京橡胶工业研究设计院有限公司提供的规格为89改性微晶石墨，碳质量含量为90％。
胶料在X(S)M1.7L密炼机上进行混炼，转子转速为40/min，混炼加料顺序：高端国产天然橡胶→氧化锌、硬脂酸、对苯二胺类防老剂4020、对苯二胺类防老剂H、对苯二胺类防老剂S-TMQ、酚醛补强树脂SL-2101→高结构高耐磨VJ炭黑、微晶石墨→芳烃油→高温稳定型不溶性硫黄IS-HS-7020、抗硫化返原剂SL-9088、次磺酰胺类促进剂NS或CZ、六亚甲基四胺HMT，得到混炼胶，将所述混炼胶挤出后，得到飞机轮胎三角胶芯胶。
对比例1
与实施例的不同之处在于采用传统配方。
实施例1～3及对比例1所用原料情况如表3所示。
表3实施例1～3及对比例1所用原料情况(重量份数)
Figure BDA0003725074010000081
Figure BDA0003725074010000091
性能测试：
采用本领域公知的方法对实施例1和对比例1制成的三角胶芯胶料进行硫化，然后进行性能测试，测试结果如表4所示。
表4实施例1和对比例1的性能数据
Figure BDA0003725074010000092
Figure BDA0003725074010000101
由表4的结果可知，使用本发明实施例1配方制成的胶料比普通配方胶料可明显提高硫化胶的抗生热性能、耐热老化性能、拉伸强度、扯断伸长率、撕裂强度和硬度，耐屈挠龟裂性能也有改善。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种飞机轮胎三角胶芯胶，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑35～50份、微晶石墨10～25份、氧化锌3～8份、硬脂酸1～3份、芳烃油1～4份、对苯二胺类防老剂4020 1～3份、对苯二胺类防老剂H 0.2～0.5份、酮胺类防老剂S-TMQ 0.5～4份、酚醛补强树脂SL-2101 5～15份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020 2～3份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5～2份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.6～2.5份、六亚甲基四胺HMT 0.5～1.5份。
2.根据权利要求1所述的飞机轮胎三角胶芯胶，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑50份、微晶石墨10份、氧化锌5份、硬脂酸2份、芳烃油3份、对苯二胺类防老剂40201.5份、对苯二胺类防老剂H 0.3份、酮胺类防老剂S-TMQ1.5份、酚醛补强树脂SL-2101 10份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020 2.7份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.6份、六亚甲基四胺HMT 1份。
3.根据权利要求1所述的飞机轮胎三角胶芯胶，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑40份、微晶石墨20份、氧化锌5份、硬脂酸2份、芳烃油2.5份、对苯二胺类防老剂4020 1.5份、对苯二胺类防老剂H 0.3份、酮胺类防老剂S-TMQ 1.5份、酚醛补强树脂SL-2101 10份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020 2.6份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 1.8份、六亚甲基四胺HMT 1份。
4.根据权利要求1所述的飞机轮胎三角胶芯胶，其特征在于，包括以下重量份的制备原料：
天然橡胶100份、高结构高耐磨VJ炭黑35份、微晶石墨25份、氧化锌5份、硬脂酸2份、芳烃油2份、对苯二胺类防老剂4020 1.5份、对苯二胺类防老剂H 0.3份、酮胺类防老剂S-TMQ1.5份、酚醛补强树脂SL-2101 10份、高温稳定型不溶性硫磺IS-HS-7020 2.5份、抗硫化返原剂SL-9088 0.5份、次磺酰胺类促进剂NS或CZ 2份、六亚甲基四胺HMT 1份。
5.权利要求1～4任一项所述飞机轮胎三角胶芯胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各制备原料进行混炼，将所得混炼胶挤出后得到飞机轮胎三角胶芯胶。
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