CN115028907A - 矿用工程轮胎胎面胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿用工程轮胎胎面胶及其制备方法，属于技术领域。其技术方案为：以天然胶乳、有机复合材料及二氧化硅嵌段改性技术研发的天然胶为主要原材料，再搭配一种由纳米短纤维、纳米气相硅氧化物、非金属络合物制备的耐磨剂、抗撕裂树脂等材料，制备出物理性能极佳的胎面橡胶组合物，使胎面具有更好的耐磨性能和抗切割性能，同时采用全天然胶配方，使轮胎兼具更低的生热性能。
Description
技术领域
本发明涉及矿用工程机械轮胎技术领域，具体涉及一种矿用工程轮胎胎面胶及其制备方法。
背景技术
由于矿山环境恶劣，道路条件极差，导致矿山用轮胎的使用条件非常苛刻，极易导致轮胎出现不耐磨、易切割掉块等问题的发生，丁苯橡胶与天然橡胶相比具有更好的耐磨、抗切割性能，因此越来越多的用于矿山轮胎，但是丁苯橡胶生热较高，虽然能明显提高耐磨、抗切割性能，但是也会增加轮胎生热脱层的故障比例，同时抗撕裂性能也不如天然橡胶。因此，从轮胎配方方面来讲，很难使轮胎同时达到耐磨、抗切割、抗撕裂与低生热性能兼顾的要求。
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，提供一种矿用工程轮胎胎面胶及其制备方法，能够显著提升胎面胶的耐磨和抗破坏能力，同时用于矿用工程车辆轮胎，具有较低的生热性能及较好的耐磨、抗切割撕裂性能，解决了矿用工程车辆生热、耐磨及抗破坏能力无法兼顾的问题，极大地提高了轮胎的使用寿命。
本发明的技术方案为：
一方面，本发明提供了一种矿用工程轮胎胎面胶，以重量份计，包括以下组分：橡胶组分100份、炭黑40～50份、抗撕裂树脂6～8份、增粘树脂1～2份、耐磨剂3～6份、防老剂3～5份、微晶蜡1～2份、氧化锌3～5份、硬脂酸1～2份、硫磺1.5～2.0份、促进剂1.2～2.4份。
优选地，所述橡胶组分为特力胶T-145，是采用天然乳胶、有机复合材料及45phr二氧化硅通过嵌段改性技术及湿法混炼技术，在环保乳胶法生产工艺研制而成，是高性能改性复合天然橡胶。特殊的纳米二氧化硅和胶乳状态天然胶利用低门尼粘度技术生产的特力胶，能确保二氧化硅具有极佳的分散性，有效降低填料之间的相互作用，改善胶料的粘弹性能的同时降低炼胶时间和能源消耗。
优选地，所述炭黑为N115炭黑、N220炭黑、N234炭黑中的一种或者两种。
优选地，所述抗撕裂树脂为双环戊二烯类DCPD树脂或Y-HI树脂。
优选地，所述增粘树脂为烷基苯酚增粘树脂TYC-0412或改性烷基酚树脂TKM或对特辛基苯酚甲醛增粘树脂SL1801。
优选地，所述耐磨剂为LG-1520，其主要成分为纳米短纤维、纳米气相硅氧化物、非金属络合物等含多种官能团的化合物，是采用原位复合、弱键悬浮、活性包覆及粒径扩大技术生产出的一种多功能材料。耐磨剂LG-1520能明显提高配方耐磨性，也能使硫化胶生热降低5％-10％，胶料的抗老化性能得到较大提高；同时LG-1520含有具有界面活性作用的成分，能够改善胶料加工性能，降低配方中各材料界面间的能量差，提高混炼效率。
优选地，所述防老剂为酮胺类防老剂RD及对苯二胺类防老剂4020。
优选地，所述微晶蜡为碳数分布在C25-C60范围内的双峰微晶蜡或三峰微晶蜡。
优选地，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类及胍类促进剂的组合。
更优选地，所述次磺酰胺类促进剂为CZ或NS，噻唑类促进剂为DM，胍类促进剂为二苯胍DPG或DPG-80。
另一方面，本发明提供了上述矿用工程轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤：
S1一段混炼
将全部的橡胶组分及部分炭黑投入密炼机中混炼25-30s，之后加入部分防老剂和全部的增粘树脂、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸及耐磨剂，在转速37-40rpm下进行混炼，每隔30-35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165-170℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到一段母胶，随后对其进行二段混炼；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶、剩余炭黑和防老剂以及全部的抗撕裂树脂投入密炼机中，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，室温放置冷却4-6h后得到二段母胶，随后对其进行终炼(若门尼粘度高于82，则需要加一段回车)；
S3终炼
将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，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，放置冷却后即得矿用工程轮胎胎面胶。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
本发明与现有的工程轮胎胎面胶相比，采用全新的高性能天然胶为主体，显著提升了胎面胶的抗破坏能力，保证在达到与丁苯橡胶配方相当的抗破坏能力的情况下，极大地降低了生热；另外添加一定量的低生热耐磨剂，提高了胎面胶耐磨性能的同时也降低了生热。因此与现有工程轮胎相比，本发明能够显著提升胎面胶的耐磨和抗破坏能力，同时本发明的胎面胶用于矿用工程车辆轮胎，具有较低的生热性能及较好的耐磨、抗切割撕裂性能，解决了矿用工程车辆生热、耐磨及抗破坏能力无法兼顾的问题，极大地提高了轮胎的使用寿命。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
实施例1及对比例1-2的胎面胶配方如表1所示：
表1实施例1及对比例1-2的胎面胶配方
实施例1及对比例1-2的胎面胶的制备方法包括以下步骤：
S1一段混炼
将100份橡胶组分、30份炭黑投入密炼机中混炼30s，之后加入防老剂RD、烷基苯酚增粘树脂、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸及耐磨剂，在转速37rpm下进行混炼，每隔30s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165-170℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到一段母胶，随后对其进行二段混炼；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶、剩余炭黑、防老剂4020、抗撕裂树脂投入密炼机中，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160-165℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到二段母胶，随后对其进行终炼(若门尼粘度高于82，则需要加一段回车)；
S3终炼
将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，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95-100℃时排胶下片，放置冷却后即得矿用工程轮胎胎面胶。
对实施例1及对比例1-2制备的矿用工程轮胎胎面胶进行性能测试，测试结果见表2：
表2实施例1及对比例1-2制备的矿用工程轮胎胎面胶的物理性能表
| 物性测试项目 | 实施例1 | 对比例1 | 对比例2 |
| 拉伸强度/MPa | 28.9 | 23.7 | 26.1 |
| 100％定伸应力/MPa | 3.2 | 2.4 | 2.7 |
| 300％定伸应力/MPa | 13.5 | 11.4 | 12.7 |
| 扯断伸长率/％ | 558 | 589 | 577 |
| 邵氏硬度A/度 | 69 | 66 | 66 |
| 撕裂强度KN/m | 96 | 82 | 87 |
| 磨耗/cm<sup>3</sup>/1.61km | 0.058 | 0.061 | 0.070 |
| 切割减量/g | 0.075 | 0.074 | 0.083 |
| 最终疲劳温升/℃ | 32 | 44 | 34 |
| 60℃Tanδ | 0.1348 | 0.1423 | 0.1353 |
实施例2-3及对比例3-4的胎面胶配方如表3所示：
表3实施例2-3及对比例3-4的胎面胶配方
实施例2-3及对比例3-4的胎面胶的制备方法包括以下步骤：
S1一段混炼
将100份橡胶组分、30份炭黑投入密炼机中混炼25s，之后加入防老剂RD、烷基苯酚增粘树脂、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸及耐磨剂，在转速40rpm下进行混炼，每隔35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165-170℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到一段母胶，随后对其进行二段混炼；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶、剩余炭黑、防老剂4020、抗撕裂树脂投入密炼机中，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160-165℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到二段母胶，随后对其进行终炼(若门尼粘度高于82，则需要加一段回车)；
S3终炼
将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，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95-100℃时排胶下片，放置冷却后即得矿用工程轮胎胎面胶。
对实施例2-3及对比例3-4制备的矿用工程轮胎胎面胶进行性能测试，测试结果见表4：
表4实施例2-3及对比例3-4制备的矿用工程轮胎胎面胶的物理性能表
| 物性测试项目 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例3 | 对比例4 |
| 拉伸强度/MPa | 28.7 | 28.4 | 26.7 | 28.4 |
| 100％定伸应力/MPa | 2.8 | 3.1 | 2.6 | 2.8 |
| 300％定伸应力/MPa | 13.2 | 13.3 | 12.8 | 12.5 |
| 扯断伸长率/％ | 563 | 544 | 576 | 582 |
| 邵氏硬度A/度 | 68 | 69 | 66 | 68 |
| 撕裂强度KN/m | 94 | 96 | 89 | 90 |
| 磨耗/cm<sup>3</sup>/1.61km | 0.057 | 0.050 | 0.066 | 0.072 |
| 切割减量/g | 0.077 | 0.072 | 0.079 | 0.094 |
| 最终疲劳温升/℃ | 32 | 30 | 31 | 36 |
| 60℃Tanδ | 0.1346 | 0.1327 | 0.1351 | 0.1366 |
由以上实施例及对比例的对比数据可以得知，在胎面胶配方组分中，使用特力胶T-145和低生热耐磨剂LG-1502组分后，胶料的拉伸强度明显提高，同时100％定伸应力、300％定伸应力及硬度也略有增加。由实施例1与对比例2可知，T-145胶料在拉伸强度、撕裂强度、磨耗及切割性能上对比普通天然胶均有不同程度的提升，同时生热略有降低。此外，由实施例1及对比例1-2可知，在抗切割性能提升方面，T-145胶料可与全丁苯橡胶性能相当并显著高于全天然胶配方，同时耐磨性能相比全丁苯橡胶也有所提升。这是因为特力胶T-145是采用天然乳胶、有机复合材料及45phr二氧化硅通过嵌段改性技术及湿法混炼技术，在环保乳胶法生产工艺研制而成，是高性能改性复合天然橡胶。特殊的纳米二氧化硅和胶乳状态天然胶利用低门尼粘度技术生产的特力胶，能确保二氧化硅具有极佳的分散性，有效降低填料之间的相互作用，因此生热有所降低。填料与橡胶间的结合力提高，胶料的强度得到明显提升，抗破坏能力增强。同时由于特力胶T-145中含有较多份数白碳黑，因此在耐磨性能方面也得到了极大提升。
由实施例2-3及对比例4可知，采用低生热耐磨剂LG-1502组分后，硫化胶的拉伸强度、定伸应力、硬度均能维持原有水平，扯断伸长率略有下降，但撕裂强度有所提升；耐磨性能、抗切割性能较未加LG-1502组分的对比例4的胶料均有显著提升，生热明显下降。这是因为LG-1502中含有的纳米短纤维、纳米气相硅氧化物，通过粒径扩大及原位复合技术与橡胶基体结合力增强，分散更均匀，因此能明显提高胶料的耐磨性能；非金属络合物等含多种官能团的化合物通过活性包覆技术，能够与橡胶分子反应，同时能够捕捉炭黑粒子，增强其与橡胶之间的结合力，降低胶料的佩恩效应，再加上具有的界面活性作用的成分，降低材料间的能量差，提升混炼效率，填料分散更均匀，因此硫化胶的生热明显下降，胶料的抗老化性能也能得到较大提高。
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.矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，以重量份计，包括以下组分：橡胶组分100份、炭黑40～50份、抗撕裂树脂6～8份、增粘树脂1～2份、耐磨剂3～6份、防老剂3～5份、微晶蜡1～2份、氧化锌3～5份、硬脂酸1～2份、硫磺1.5～2.0份、促进剂1.2～2.4份。
2.如权利要求1所述的矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，所述橡胶组分为特力胶T-145。
3.如权利要求1所述的矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，所述炭黑为N115炭黑、N220炭黑、N234炭黑中的一种或者两种。
4.如权利要求1所述的矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，所述抗撕裂树脂为双环戊二烯类DCPD树脂或Y-HI树脂。
5.如权利要求1所述的矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，所述增粘树脂为烷基苯酚增粘树脂TYC-0412或TKM或SL1801。
6.如权利要求1所述的矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，所述耐磨剂为LG-1520。
7.如权利要求1所述的矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，所述防老剂为酮胺类防老剂RD及对苯二胺类防老剂4020。
8.如权利要求1所述的矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，所述微晶蜡为双峰微晶蜡或三峰微晶蜡。
9.如权利要求1所述的矿用工程轮胎胎面胶，其特征在于，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类及胍类促进剂的组合。
10.如权利要求1-9任一项所述的矿用工程轮胎胎面胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1一段混炼
将全部的橡胶组分及部分炭黑投入密炼机中混炼25-30s，之后加入部分防老剂和全部的增粘树脂、微晶蜡、氧化锌、硬脂酸及耐磨剂，在转速37-40rpm下进行混炼，每隔30-35s进行一次提坨压坨，当胶料温度达到165-170℃时进行排胶落片，室温放置冷却4-6h后得到一段母胶，随后对其进行二段混炼；
S2二段混炼
将步骤S1的一段母胶、剩余炭黑和防老剂以及全部的抗撕裂树脂投入密炼机中，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，室温放置冷却4-6h后得到二段母胶，随后对其进行终炼；
S3终炼
将步骤S2的二段母胶及硫磺、促进剂投入密炼机中，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，放置冷却后即得矿用工程轮胎胎面胶。
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