CN115216071A - 一种用于冬季胎的橡胶组合物与冬季轮胎 - Google Patents

一种用于冬季胎的橡胶组合物与冬季轮胎 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种用于冬季胎的橡胶组合物与冬季轮胎，该橡胶组合物包括：100PHR的橡胶组分；40～200PHR的白炭黑组分；5～15PHR的补强碳黑；8～12PHR的偶联剂；10～25PHR的加工油；10～25PHR的石油树脂；1～3PHR的老防组分；2～5PHR的活性剂；以及硫化组分；所述橡胶组分包含0～20PHR顺丁橡胶和80～100PHR丁苯橡胶；所述白炭黑组分包含一定比例第一白炭黑和第二白炭黑，第一白炭黑的BET比表面积为80～90m2/g，第二白炭黑的BET比表面积为125～140m2/g。应用本发明该橡胶组合物，保证轮胎滚阻性能不变，且可大幅度增加胎面在积雪路面的抓地力等冬季性能。

Description

一种用于冬季胎的橡胶组合物与冬季轮胎
技术领域
本申请属于轮胎橡胶技术领域，具体涉及一种用于冬季胎的橡胶组合物与冬季轮胎。
背景技术
与普通轮胎相比，雪地轮胎一般通过特殊的配方来增大与冰雪路面的摩擦力，它的优点在于能够提高轮胎对冰雪路面的通过性和安全性。雪地轮胎胎面的橡胶材质更软，其通常所用的二氧化硅混合物橡胶配方能与光滑冰面接触得更紧密，从而产生比四季轮胎更大的摩擦力，使得车辆在光滑冰面上的操控性和安全性大大提高。当温度低于10℃时，雪地轮胎的表面变得更软，从而获得更好的抓地力，而普通轮胎正好相反，越冷越硬。
具体地，工作温度在-15～0℃之间，低温下的冰雪路面上抓地力来源与正常路面类似，产生分子粘附和齿轮合效应。温度接近0℃时，轮胎与路面之间产生水膜，这时抓地力的形成与湿滑路面类似，会失去分子粘附效应。
如图1示意的轮胎迟滞线对比，普通轮胎和冬季轮胎的胎面胶的最大迟滞设计在不同的工作条件之下。四季轮胎(传统轮胎)工作温度在60-80℃之间，冬季轮胎(雪地轮胎)工作温度在-15-0℃。
现有技术通常使用高分散白炭黑或者降低白炭黑填料用量，提升胶含率来使滚动阻力降低，提升湿地性能。即在传统的白炭黑橡胶配方应用于轮胎胎面时，滚动阻力有所降低，湿地性能有所提升。但是，轮胎的冰雪地面抓地能力等冰雪地性能也会有所损失。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种用于冬季胎的橡胶组合物与冬季轮胎，应用本发明所述的橡胶组合物，在保证轮胎滚阻性能不变的情况下，可大幅度增加胎面在积雪路面的抓地力等冬季性能。
本发明提供一种用于冬季胎的橡胶组合物，其包括如下重量份的组分：
100PHR的橡胶组分；
40～200PHR的白炭黑组分；
5～15PHR的补强碳黑；
8～12PHR的偶联剂；
10～25PHR的加工油；
10～25PHR的石油树脂；
1～3PHR的老防组分；
2～5PHR的活性剂；
以及硫化组分；
所述橡胶组分包含0～20PHR顺丁橡胶和80～100PHR丁苯橡胶；所述白炭黑组分包含第一白炭黑和第二白炭黑，所述第一白炭黑的BET比表面积为80～90m2/g，所述第二白炭黑的BET比表面积为125～140m2/g，所述第一白炭黑与第二白炭黑的质量比例为0.3～3.5：1。
在本发明的实施例中，所述丁苯橡胶的苯基含量为10～25wt％。
在本发明的实施例中，所述硫化组分包含0.1～5PHR的促进剂和1～1.5PHR的加硫剂。
在本发明的实施例中，所述促进剂选自噻唑类促进剂和胍类促进剂中的一种或多种，所述噻唑类促进剂为0.1～2.5PHR，所述胍类促进剂为0.1～2.5PHR。
在本发明的实施例中，所述加硫剂为含油5％的硫磺粉。
在本发明的实施例中，所述活性剂包含1～2PHR氧化锌和1～2PHR硬脂酸。
在本发明的实施例中，所述补强炭黑的DBP吸油值为115.0-135.0ml/100g。
在本发明的实施例中，所述偶联剂为硅烷偶联剂Si-69；所述加工油为芳烃油。
在本发明的实施例中，所述橡胶组合物包括5～8PHR的补强碳黑，9～11PHR的偶联剂，18～24PHR的加工油，10～15PHR的石油树脂。
本发明提供一种冬季轮胎，包含前文所述的橡胶组合物制备的胎面胶。
本发明提供了一种用于冬季胎的橡胶组合物，该配方包括高填充的白炭黑组分，且控制其中第一白炭黑(BET比表面积为80～90m2/g)与第二白炭黑(BET比表面积为125～140m2/g)的比例，以及结合了生胶组分、补强组分和硫化组分等。本发明通过配方组合物的配合比例，可使组合物所用到的轮胎最大迟滞线向左移动，大大的增加粘附效应，提高冰雪地性能。实验显示，本发明实施例优选组合物配方的生热小，滚动阻力、湿牵引力和雪地抓地力达到了更好的平衡。
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一些实施例。
图1为一些轮胎的迟滞线对比图。
具体实施方式
下面对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本发明提供了一种橡胶组合物，用于冬季胎，包括如下重量份的组分：
100PHR的橡胶组分；
40～200PHR的白炭黑组分；
5～15PHR的补强碳黑；
8～12PHR的偶联剂；
10～25PHR的加工油；
10～25PHR的石油树脂；
1～3PHR的老防组分；
2～5PHR的活性剂；
以及硫化组分；
所述橡胶组分包含0～20PHR顺丁橡胶和80～100PHR丁苯橡胶；所述白炭黑组分包含第一白炭黑和第二白炭黑，所述第一白炭黑的BET比表面积为80～90m2/g，所述第二白炭黑的BET比表面积为125～140m2/g，所述第一白炭黑与第二白炭黑的质量比例为0.3～3.5：1。
应用本发明所述的橡胶组合物，能够保证轮胎滚阻性能不变的同时，大幅度增加胎面在积雪路面的抓地力等冬季性能。
本发明实施例橡胶组合物中，包含(基于100PHR的橡胶组分)：0～20PHR的顺丁橡胶和80～100PHR的丁苯橡胶。本发明一些实施例的生胶体系中可以包含顺丁橡胶和丁苯橡胶，也可以不采用顺丁橡胶，主要改善湿地方面的性能。顺丁橡胶(BR)是顺式1,4-聚丁二烯橡胶的简称，工业生产顺丁橡胶均采用溶液聚合的方法，原材料主要有单体丁二烯和溶剂、催化剂等。顺丁橡胶具有耐磨性好、耐寒性好、生热低等特点；本发明实施例可以采用市售的顺丁橡胶，如BR9000等产品。
丁苯橡胶(SBR)又称苯乙烯(St)-丁二烯(Vinl)共聚物，耐磨、耐老化等性能优异。在本发明的实施例中，所述丁苯橡胶的苯基含量为10～25wt％。作为优选，本发明将两种丁苯橡胶共用，一种为St％质量含量为23.5％，Vinl％质量含量为18.0％；另一种为St％含量为10.0％，Vinl％含量为39.0％。
相对于100质量份橡胶组分，本发明实施例所述橡胶组合物中包括：40～200PHR的白炭黑组分(沉淀法二氧化硅组分)；5～15PHR的补强碳黑；作为橡胶补强填料。PHR：每百份橡胶中添加的重量份数。
本发明所述的白炭黑组分包含：第一白炭黑(记为白炭黑1)和第二白炭黑(记为白炭黑2)，所述第一白炭黑的BET比表面积为80～90m2/g，pH值可为5.7～7.3；所述第二白炭黑的BET比表面积为125～140m2/g，pH值可为6.5～7.3。其中，所述第一白炭黑为高分散性、低比表面积白炭黑；两种白炭黑均可为市售产品或通过合成工艺生产获得。并且，所述第一白炭黑与第二白炭黑的质量比例为0.3～3.5：1，优选为0.5～1.5：1，当比例在此范围内时，可维持滚动阻力，提升湿地抓地性能，同时能提升冰雪地性能。
除了采用较高填充的白炭黑组分，所述的橡胶组合物中补强碳黑优选为5～8PHR，利于改善冰雪地性能及生热性能。补强碳黑一般为塔底油于反应炉内燃烧而成，例如市售的炭黑N-234；该碳黑(炭黑)：DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸油值：115.0-135.0ml/100g，碘吸收数：114～124.0mg I2/g。
本发明实施例主要将所述白炭黑组分与其他材料进行优化组合，既不损失轮胎滚阻性能，又可改善其湿地牵引、提升冰雪地性能。本发明所述的橡胶组合物配方包括：8～12PHR的偶联剂；10～25PHR的加工油；10～25PHR的石油树脂；1～3PHR的老防组分；2～5PHR的活性剂。
其中，所述偶联剂优选为9～11PHR，结构上一般为硅烷偶联剂，例如为硅烷偶联剂Si-69。所述加工油的用量可为18～24PHR，具体产品优选采用环保的芳烃油。所述石油树脂的用量可为10～15PHR，主要起到增粘作用。
本发明所述的老防组分可包含物理防护剂、化学防护剂，化学防护剂主要采用防老剂6PPD、防老剂RD中的一种或多种。防老剂6PPD又称防老剂4020，化学名称N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺；防老剂RD又称防老剂TMQ，是一种酮胺类防老剂。防老剂TMQ与对苯二胺类防老剂6PPD、防护蜡配合使用，防护性能优异。
在本发明的实施例中，所述活性剂包含：1～2PHR氧化锌(ZnO)和1～2PHR硬脂酸，主要活化硫化体系、提升加工性能。
在本发明的实施例中，所述橡胶组合物的硫化组分优选包含：0.1～5PHR的促进剂和1～1.5PHR的加硫剂。本发明实施例该硫化体系主要改善生热，调整硬度方面。本发明优选实施例将生胶体系、补强体系和硫化体系进行调整到较优组合，保证硬度不变情况下，冰雪地性能、湿地性能提升。
在本发明的实施例中，所述促进剂选自噻唑类促进剂和胍类促进剂中的一种或多种，例如采用噻唑类促进剂DELAC(CBS)和胍类促进剂D(DPG)。促进剂CZ(CBS)的化学名称：N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺。具体地，所述噻唑类促进剂优选为0.1～2.5PHR，所述胍类促进剂优选为0.1～2.5PHR。在本发明的实施例中，所述加硫剂为含油5％的硫磺粉。
本发明实施例以上组合物均采用分步混炼的方式，其中，促进剂和加硫剂在最后阶段加入；其余原料组分皆在初步混炼和再混炼的阶段加入。在本发明的实施例中，具体的制备过程如下：
初步混炼阶段：将生胶和补强填料，以及偶联剂，加工油，石油树脂和加工助剂依比例加入，恒温温度优选140～155℃，恒温时间优选90～180秒；
再混炼阶段：将防老剂，活性剂等依比例加入，混炼温度优选140-155℃；
最后混炼阶段：加入促进剂和加硫剂，混炼温度优选95-105℃。
本发明还提供了一种冬季轮胎，包含前文所述的橡胶组合物制备的胎面胶。本发明应用上述的橡胶组合物进行轮胎制备，可在保证轮胎滚阻性能不变的情况下，大幅度增加胎面在积雪等湿滑路面的抓地力(湿抓性能)及冬季性能。
其中，湿抓性能：轮胎胎面在冰雪地路面抓地能力，用半制品粘弹测试的Tan0表征。冰雪地性能(冬季性能)：轮胎胎面在低温环境下有更低的动态刚性，用半制品粘弹测试的E’-30℃表征。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。如无特殊说明的，均为重量份数。
以下实施例中，所用原料为市售产品。具体地，本发明实施例使用KOBE生产的混炼机进行混炼。
实施例1
根据表1的配方表，将生胶和补强填料，以及偶联剂，加工油，石油树脂和加工助剂依比例加入，初步混炼，恒温温度140～150℃，恒温时间150～160秒。然后，将防老剂，活性剂等依比例加入，混炼温度140-150℃。最后加入促进剂和加硫剂，混炼温度100-105℃，得到所述的橡胶组合物。
实施例2-5
根据表1的配方，按照实施例1的混炼过程，分别得到所述的橡胶组合物。
对比例1-6
根据表1的配方，按照实施例1的混炼过程，分别得到橡胶组合物。
表1本发明实施例的配方表
Figure BDA0003811468440000061
Figure BDA0003811468440000071
注：“←”表示与前述PHR相同。
丁苯橡胶1为SBR1723(vinl:18％；st:24.5％，此为充油生胶，充V500油)，厂家为申华化学公司；137.5PHR中含37.5PHR油，橡胶100PHR。
丁苯橡胶2为SL553(vinl:39％；st:39％，此生胶不充油)，厂家为JSR泰国；
顺丁橡胶为BR9000，厂家为扬子石化公司；
白炭黑1为233GR，厂家为南吉化学公司；
白炭黑2为4000GR，厂家为赢创化工；
炭黑为N-234，厂家为上海卡博特公司；
硅烷偶联剂为Si-69，厂家为赢创岚星公司；
加工油为VIVATEC 500，厂家为H&R GROUP；
石油树脂为OPPERA 373N，厂家为Tonen General；OPPERA 373N成分C5/C9树脂；具有抗湿滑性能，可改善湿地性能，调节粘性，热稳定性好。
加硫剂为硫磺粉(含油5％)，厂家为安徽京海化工/江西恒兴源公司；
防老剂为：物理防护蜡OK2122H，厂家为Paramelt(Suzhou)；化学防护剂6PPD&RD，厂家为山东尚舜化工公司；OK2122H:RD:6PPD质量配比为1:1:1。
ZnO，厂家为山东尚舜化工公司；
硬脂酸，厂家为丰益油脂公司；
促进剂1为噻唑类促进剂DELAC(CBS)，厂家为山东尚舜化工公司；
促进剂2为胍类促进剂D(DPG)，厂家为山东尚舜化工公司。
将以上橡胶组合物进行性能测试，结果如下：
表2本发明实施例所述橡胶组合物性能
Figure BDA0003811468440000081
注：“指数”为相对值。
测试方法：
(1)Tan0℃、Tan60℃&刚性(E’30℃)、冰雪地(E’-30℃)：使用Ueshima生产(型号为VR-7110)的黏弹试验机，在最大应变0.2％、频率10Hz，记录下0℃&60℃下Tan值，30℃下E’值及-30℃的E’值；
(2)HS：使用Bareiss(digitest)JIS A型硬度计，在23℃下对比较例和实施例的橡胶组合物制成的哑铃状试验片手动测定硬度。
(3)冰雪地刹车：在冬季轮胎测试场地进行，刹车测试验证，同一试验条件，进行80→2Km/h的刹车距离测试，刹车距离越小，代表冰雪地抓地性能越好。
由以上实施例可知，本发明实施例所述的橡胶配方包括高填充的白炭黑组分，且控制其中第一白炭黑(BET比表面积为80～90m2/g)与第二白炭黑(BET比表面积为125～140m2/g)的比例，以及结合了生胶组分、补强组分和硫化组分等。本发明可使组合物所用到的轮胎最大迟滞线向左移动，大大的增加粘附效应，提高冰雪地性能。实验显示，本发明实施例优选组合物配方的生热小，滚动阻力、湿牵引力和雪地抓地力达到了更好的平衡。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于冬季胎的橡胶组合物，其特征在于，包括如下重量份的组分：
100PHR的橡胶组分；
40～200PHR的白炭黑组分；
5～15PHR的补强碳黑；
8～12PHR的偶联剂；
10～25PHR的加工油；
10～25PHR的石油树脂；
1～3PHR的老防组分；
2～5PHR的活性剂；
以及硫化组分；
所述橡胶组分包含0～20PHR顺丁橡胶和80～100PHR丁苯橡胶；所述白炭黑组分包含第一白炭黑和第二白炭黑，所述第一白炭黑的BET比表面积为80～90m2/g，所述第二白炭黑的BET比表面积为125～140m2/g，所述第一白炭黑与第二白炭黑的质量比例为0.3～3.5：1。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述丁苯橡胶的苯基含量为10～25wt％。
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述硫化组分包含0.1～5PHR的促进剂和1～1.5PHR的加硫剂。
4.根据权利要求3所述的橡胶组合物，其特征在于，所述促进剂选自噻唑类促进剂和胍类促进剂中的一种或多种，所述噻唑类促进剂为0.1～2.5PHR，所述胍类促进剂为0.1～2.5PHR。
5.根据权利要求3所述的橡胶组合物，其特征在于，所述加硫剂为含油5％的硫磺粉。
6.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述活性剂包含1～2PHR氧化锌和1～2PHR硬脂酸。
7.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述补强炭黑的DBP吸油值为115.0-135.0ml/100g。
8.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂Si-69；所述加工油为芳烃油。
9.根据权利要求1-8任一项所述的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物包括：5～8PHR的补强碳黑，9～11PHR的偶联剂，18～24PHR的加工油，10～15PHR的石油树脂。
10.一种冬季轮胎，包含权利要求1-9任一项所述的橡胶组合物制备的胎面胶。
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