CN115505181B - 一种质量损失小的航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高分子材料技术领域，提供了一种质量损失小的航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用。本发明的航空轮胎胎面胶以烟片胶为主料，以N375炭黑、白炭黑、芳烃油、热稳定剂、偶联剂、防老剂、防护蜡、不溶性硫磺、促进剂等为辅料，按一定的比例配制而成。本发明提供的航空轮胎胎面胶在热真空环境中质量损失小，且耐热、耐寒、耐臭氧性能好，还具有航空轮胎胎面胶应具备的耐磨性好、定伸应力和拉伸强度高、动态生热低、耐屈挠龟裂性能和耐切割性能好、耐热氧老化和大气老化性能好、能导静电等特点。将本发明的胎面胶用于航空轮胎中，在长期热真空环境下使用时，具有质量损失小，耐热、耐寒性能优异的特点，可保证航空轮胎的使用性能安全。

Description

一种质量损失小的航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种质量损失小的航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用。
背景技术
航空轮胎是飞机上安全性与可靠性要求都很高的重要部件。胎面胶是航空轮胎中直接与地面相接、承受苛刻的外部应力作用的部位，易于磨耗损伤，而且在热真空环境中使用的轮胎，胎面胶直接与大气接触并需与热真空环境接触，除要求胎面胶有优异的耐磨性外，还需具有较高的定伸应力和拉伸强度，动态生热低，热稳定性好，耐屈挠龟裂性能和耐切割性能好，耐热氧老化和大气老化性能好，能导静电。在长期热真空环境下使用时，胎面胶具有质量损失小、优异的耐热、耐寒性能，可保证航空轮胎的使用性能安全。
目前，硫化胶在存放和使用的过程中，其中的防老剂、防护蜡等小分子物质会迁移到表面，起到防止表面出现老化裂纹现象，芳烃油等物质也可能析出到硫化胶表面，在热真空环境下，析出到硫化胶表面的物质会被抽离到周围的环境中，从而引起硫化胶质量损失。由于橡胶中成分的损失还会引起硫化胶性能的变化，如软化剂的挥发，会使硫化胶逐渐变硬，发脆，低温曲挠性劣化，随着温度的上升，胶料的质量损失上升而扯断伸长率下降。
因此，现有的航空轮胎胎面胶，存在着热真空环境下质量损失较大、耐热性较差的缺点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种质量损失小的航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用。本发明提供的航空轮胎胎面胶除具有航空轮胎胎面胶的常规性能外，还具有在热真空条件下质量损失小、耐热性好的特点。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一种质量损失小的航空轮胎胎面胶，包括以下重量份数的组分：烟片胶100份，N375炭黑52～58份，白炭黑1～5份，芳烃油1～3份，热稳定剂1～4份，偶联剂1～5份，防护蜡0～1份，防老剂1～2份，氧化锌3～8份，硬脂酸1～3份，不溶性硫黄0.1～2份，次磺酰胺类促进剂1～3份，抗还原剂0～1份，防焦剂0～1份，活性剂1～3份。
优选的，所述偶联剂为Si69和KH-845-4中的一种或两种。
优选的，所述防老剂为对苯二胺类防老剂和酮胺类防老剂中的一种或多种。
优选的，所述烟片胶为1#烟片胶；所述热稳定剂为HS-80；所述次磺酰胺类促进剂为NOBS；所述抗还原剂为WK-901和PK900中的一种或两种；所述防焦剂为CTP；所述活性剂为ZNZB746。
本发明还提供了上述方案所述质量损失小的航空轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤：
将烟片胶、活性剂、热稳定剂、N375炭黑、白炭黑、偶联剂和芳烃油进行一段混炼，得到一段混炼胶；
将所述一段混炼胶与氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡进行二段混炼，得到二段混炼胶；
将所述二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂进行三段混炼，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶。
优选的，所述一段混炼具体包括：将烟片胶在密炼机中进行混炼，混炼温度从80～85℃升至90～95℃，然后加入活性剂和热稳定剂继续混炼，混炼温度从90～95℃升至100～105℃，之后加入N375炭黑、白炭黑和偶联剂继续混炼，混炼温度从100～105℃升至120～125℃，再加入芳烃油，待混炼温度升至140～145℃时，将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到一段混炼胶。
优选的，所述二段混炼具体包括：将一段混炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡投入密炼机进行混炼，待混炼温度从80～85℃升温至120～125℃，将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到二段混炼胶。
优选的，所述三段混炼具体包括：将二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂投入密炼机进行混炼，混炼至温度升至100～105℃，然后将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶。
本发明还提供了上述方案所述的质量损失小的航空轮胎胎面胶或上述方案所述制备方法制备的质量损失小的航空轮胎胎面胶在航空轮胎中的应用。
优选的，所述应用的方法为：将所述质量损失小的航空轮胎胎面胶挤出成胎面半成品；在成型机上将胎面半成品贴于胎体顶部，制成轮胎胎坯；将所述轮胎胎坯进行硫化，得到航空轮胎成品。
本发明提供了一种质量损失小的航空轮胎胎面胶，包括以下重量份数的组分：烟片胶100份，N375炭黑52～58份，白炭黑1～5份，芳烃油1～3份，热稳定剂1～4份，偶联剂1～5份，防护蜡0～1份，防老剂1～2份，氧化锌3～8份，硬脂酸1～3份，不溶性硫黄0.1～2份，次磺酰胺类促进剂1～3份，抗还原剂0～1份，防焦剂0～1份，活性剂1～3份。本发明提供的航空轮胎胎面胶以烟片胶为主料，烟片胶具有强撕性能高、综合性能好的特点；本发明采用粒径小、结构较高的N375炭黑，提高胶料的耐屈挠龟裂、抗撕裂和耐磨耗性能；为使胎面胶具有良好的耐热、耐臭氧性能，本发明在配方中加入防老剂，但这些配合剂在热真空环境中会被抽离胎面胶从而引起胶料失重，使胶料防老化性能下降，而且产生的挥发物还会影响舱中的金属仪器，本发明严格控制防老剂的用量，能够在保证胶料防老化性能的同时实现在热真空环境下质量损失小的目的；本发明在配方中加入芳烃油作为增塑剂，芳烃油与橡胶的相容性较好，赋予胶料良好的加工性能。本发明使用不溶性硫磺与后效性的次磺酰胺类促进剂，不仅使胎面胶具有好的耐热、耐老化性能，长的焦烧时间，操作安全性好，还有利于减少热真空环境中挥发物，使胶料的质量损失小。
综上所述，本发明通过配方中的组份的合理配备，使胎面胶具有在热真空环境中质量损失小、耐热、耐臭氧性能好的优点，同时还具有航空轮胎胎面胶应具备的耐磨性好、定伸应力和拉伸强度高、动态生热低、热稳定性好、耐屈挠龟裂性能和耐切割性能好、耐热氧老化和大气老化性能好、能导静电等特点。将本发明的胎面胶用于航空轮胎中，在长期热真空环境下使用时，具有质量损失小、耐热、耐寒性能优异的特点，可保证航空轮胎的使用性能安全。
本发明还提供了上述方案所述质量损失小的航空轮胎胎面胶的制备方法，本发明采用三段混炼的方法进行制备，其中在一段混炼中加入活性剂、热稳定剂、N375炭黑、白炭黑和偶联剂，二段混炼中加入氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡，三段混炼中再加入剩余助剂；本发明通过分段混炼，能够避免偶联剂和氧化锌、防老剂等助剂发生反应，减弱偶联剂和白炭黑的反应效果，避免白炭黑不能与天然橡胶很好结合，从而避免胎面胶的耐磨性能和低生热性能下降。
附图说明
图1为航空轮胎的纵切结构示意图，其中：1-胎面胶、2-补强层、3-胎体帘布层、4-气密层、5-胎侧胶、6-轮辋。
具体实施方式
本发明提供了一种质量损失小的航空轮胎胎面胶，包括以下重量份数的组分：烟片胶100份，N375炭黑52～58份，白炭黑1～5份，芳烃油1～3份，热稳定剂1～4份，偶联剂1～5份，防护蜡0～1份，防老剂1～2份，氧化锌3～8份，硬脂酸1～3份，不溶性硫黄0.1～2份，次磺酰胺类促进剂1～3份，抗还原剂0～1份，防焦剂0～1份，活性剂1～3份。
如无特殊说明，本发明采用的各个组分均为市售商品。
以重量份数计，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括烟片胶100份；所述烟片胶优选为1#烟片胶；所述烟片胶为本发明航空轮胎胎面胶的主料，具有强撕性能高、综合性能好的特点。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括N375炭黑52～58份，优选为53～55份。在本发明中，所述N375炭黑粒径小、结构较高，能够提高胶料的耐屈挠龟裂、抗撕裂和耐磨耗性能。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括白炭黑1～5份，优选为2～4份；所述白炭黑优选为VN3 GR。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括芳烃油1～3份，优选为1.5～2.5份；所述芳烃油起到增塑剂的作用，赋予胶料良好的加工性能。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括热稳定剂1～4份，优选为2～3份。在本发明中，所述热稳定剂优选为HS-80。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括偶联剂1～5份，优选为2～4份。在本发明中，所述偶联剂优选为Si69和KH-845-4中的一种或两种。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括防护蜡0～1份，优选为0.3～0.5份；所述防护蜡优选为Okerin1900/1L/H。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括防老剂1～2份，优选为1.3～1.5份。在本发明中，所述防老剂优选为对苯二胺类防老剂和酮胺类防老剂中的一种或多种；所述对苯二胺类防老剂优选为防老剂4020，所述酮胺类防老剂优选为防老剂S-RD；所述防老剂能够提高胎面胶的耐热、耐臭氧性能，但是防老剂容易在热真空环境中会被抽离胎面胶从而引起胶料失重，使胶料防老化性能下降，而且产生的挥发物还会影响舱中的金属仪器，本发明严格控制防老剂的用量，能够在保证胶料防老化性能的同时减小在热真空环境下质量损失。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括氧化锌3～8份，优选为4～6份。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括硬脂酸1～3份，优选为1.5～2.5份。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括不溶性硫黄0.1～2份，优选为0.5～1.5份。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括次磺酰胺类促进剂1～3份，优选为1.5～2.5份；所述次磺酰胺类促进剂优选为NOBS(N-(氧化二亚乙基)-2-苯并噻唑次磺酰胺)；本发明将不溶性硫磺与后效性的次磺酰胺类促进剂配合使用，不仅使胎面胶具有好的耐热、耐老化性能，长的焦烧时间，还有利于减少胶料在热真空环境中的质量损失。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括抗还原剂0～1份，优选为0.3～0.5份；所述抗还原剂优选为WK-901和PK900中的一种或两种。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括防焦剂0～1份，优选为0.3～0.5份；所述防焦剂优选为CTP(N-环己基硫代邻苯二甲酞亚胺)。
以所述烟片胶的重量份数为基准，本发明提供的质量损失小的航空轮胎胎面胶包括活性剂1～3份，优选为1.5～2.5份；所述活性剂优选为ZNZB746。在本发明中，所述活性剂为锌皂盐，作为天然橡胶的塑炼剂，可增强耐撕裂性能。
本发明还提供了上述方案所述质量损失小的航空轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤：
将烟片胶、活性剂、热稳定剂、N375炭黑、白炭黑、偶联剂和芳烃油进行一段混炼，得到一段混炼胶；
将所述一段混炼胶与氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡进行二段混炼，得到二段混炼胶；
将所述二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂进行三段混炼，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶。
本发明将烟片胶、活性剂、热稳定剂、N375炭黑、白炭黑、偶联剂和芳烃油进行一段混炼，得到一段混炼胶。在本发明中，所述一段混炼具体包括：将烟片胶在密炼机中进行混炼，混炼温度从80～85℃升至90～95℃，然后加入活性剂和热稳定剂继续混炼，混炼温度从90～95℃升至100～105℃，之后加入N375炭黑、白炭黑和偶联剂继续混炼，混炼温度从100～105℃升至120～125℃，再加入芳烃油，待混炼温度升至140～145℃时，将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放(记为第一停放)，得到一段混炼胶；所述下片均优选采用压片机进行，后续不再赘述；所述第一停放的时间优选为16～24h；本发明在一段混炼后停放一段时间，停放过程中各种助剂会自行微分散，橡胶与炭黑会形成结合胶，混炼胶的性能提高。
得到一段混炼胶后，本发明将所述一段混炼胶与氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡进行二段混炼，得到二段混炼胶。在本发明中，所述二段混炼具体包括：将一段混炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡投入密炼机进行混炼，待混炼温度从80～85℃升温至120～125℃，将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放(记为第二停放)，得到二段混炼胶；所述第二停放的时间优选为16～24h。
得到二段混炼胶后，本发明将所述二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂进行三段混炼，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶。在本发明中，所述三段混炼具体包括：将二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂投入密炼机进行混炼，混炼至温度升至100～105℃，然后将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放(记为第三停放)，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶；所述第三停放的时间优选不少于8h。
本发明还提供了上述方案所述的质量损失小的航空轮胎胎面胶或上述方案所述制备方法制备的质量损失小的航空轮胎胎面胶在航空轮胎中的应用；在本发明中，所述应用的方法优选为：将所述质量损失小的航空轮胎胎面胶挤出成胎面半成品；在成型机上将胎面半成品贴于胎体顶部，制成轮胎胎坯；将所述轮胎胎坯进行硫化，得到航空轮胎成品；所述挤出的温度哟偶选为100～110℃；本发明对所述硫化的条件没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的条件即可。在本发明中，所述航空轮胎胎面胶位于轮胎的最上面(使用中与热真空环境接触，贮存时与空气接触)，具体位置见图1，图1中，1-胎面胶、2-补强层、3-胎体帘布层、4-气密层、5-胎侧胶、6-轮辋。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明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。
实施例1
航空轮胎胎面胶的配方见表1，制备方法如下：
(1)将天然橡胶塑炼胶投入密炼机，混炼温度为从80～85℃升至90～95℃；将活性剂、热稳定剂按照比例投入密炼机，混合密炼，混炼温度为从90～95℃升至100～105℃；将N375炭黑、白炭黑、偶联剂按照比例投入密炼机，混合密炼，混炼温度为从100～105℃升至120～125℃；将芳烃油投入密炼机，混合密炼，待混炼温度达到140～145℃，将混合物排出密炼机至压片机上下片，冷却，停放24h，得到一段混炼胶。
(2)将一段混炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡按照比例一起投入密炼机，混合密炼，混炼温度为从80～85℃升至120～125℃；待混炼温度达到120～125℃，将混合物排出密炼机至压片机上下片，冷却，停放24h，得到二段混炼胶。
(3)将二段混炼胶、不溶性硫黄、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂、防焦剂按照比例一起投入密炼机，混合密炼至100～105℃，将混合物排出密炼机至压片机上下片，冷却，停放，此胶为终炼胶，即：胎面混炼胶。
实施例2
航空轮胎胎面胶的配方见表1，制备方法同实施例1。
实施例3
航空轮胎胎面胶的配方见表1，制备方法同实施例1。
表1实施例1～3航空轮胎胎面胶配方
将实施例1～3得到的胎面混炼胶进行制样并硫化，测试硫化后胶料的性能，具体测试方法按照各项性能测试时采用测试标准进行，结果见表2。
表2实施例1～3所得航空轮胎胎面胶性能测试结果
根据表2中的测试数据可以看出，本发明提供的航空轮胎胎面胶在热真空条件下质量损失小，耐热、耐寒、耐臭氧的性能好，同时还具备较高的耐磨性、较高的定伸应力、拉伸强度和扯断伸长率，且压缩疲劳生热低、耐屈挠龟裂性能和耐切割性能好，还具备能导静电的特点，能够满足航空轮胎的使用要求，确保航空轮胎的使用安全性。
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 (7)

1.一种质量损失小的航空轮胎胎面胶，其特征在于，由以下重量份数的组分组成：烟片胶100份，N375炭黑52～58份，白炭黑1～5份，芳烃油1～3份，热稳定剂1～4份，偶联剂1～5份，防护蜡0～1份，防老剂1份，氧化锌3～8份，硬脂酸1～3份，不溶性硫磺0.1～2份，次磺酰胺类促进剂1～3份，抗还原剂0～1份，防焦剂0～1份，活性剂1～3份；所述质量损失小的航空轮胎胎面胶的制备方法包括以下步骤：
将烟片胶、活性剂、热稳定剂、N375炭黑、白炭黑、偶联剂和芳烃油进行一段混炼，得到一段混炼胶；
将所述一段混炼胶与氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡进行二段混炼，得到二段混炼胶；
将所述二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂进行三段混炼，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶；
所述一段混炼具体包括：将烟片胶在密炼机中进行混炼，混炼温度从80～85℃升至90～95℃，然后加入活性剂和热稳定剂继续混炼，混炼温度从90～95℃升至100～105℃，之后加入N375炭黑、白炭黑和偶联剂继续混炼，混炼温度从100～105℃升至120～125℃，再加入芳烃油，待混炼温度升至140～145℃时，将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到一段混炼胶；
所述二段混炼具体包括：将一段混炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡投入密炼机进行混炼，待混炼温度从80～85℃升温至120～125℃，将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到二段混炼胶；
所述三段混炼具体包括：将二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂投入密炼机进行混炼，混炼至温度升至100～105℃，然后将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶。
2.根据权利要求1所述的质量损失小的航空轮胎胎面胶，其特征在于，所述偶联剂为Si69和KH-845-4中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的质量损失小的航空轮胎胎面胶，其特征在于，所述防老剂为对苯二胺类防老剂和酮胺类防老剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的质量损失小的航空轮胎胎面胶，其特征在于，所述烟片胶为1#烟片胶；所述热稳定剂为HS-80；所述次磺酰胺类促进剂为NOBS；所述抗还原剂为WK-901和PK900中的一种或两种；所述防焦剂为CTP；所述活性剂为ZNZB746。
5.权利要求1～4任意一项所述质量损失小的航空轮胎胎面胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将烟片胶、活性剂、热稳定剂、N375炭黑、白炭黑、偶联剂和芳烃油进行一段混炼，得到一段混炼胶；
将所述一段混炼胶与氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡进行二段混炼，得到二段混炼胶；
将所述二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂进行三段混炼，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶；
所述一段混炼具体包括：将烟片胶在密炼机中进行混炼，混炼温度从80～85℃升至90～95℃，然后加入活性剂和热稳定剂继续混炼，混炼温度从90～95℃升至100～105℃，之后加入N375炭黑、白炭黑和偶联剂继续混炼，混炼温度从100～105℃升至120～125℃，再加入芳烃油，待混炼温度升至140～145℃时，将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到一段混炼胶；
所述二段混炼具体包括：将一段混炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂和防护蜡投入密炼机进行混炼，待混炼温度从80～85℃升温至120～125℃，将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到二段混炼胶；
所述三段混炼具体包括：将二段混炼胶、不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗还原剂和防焦剂投入密炼机进行混炼，混炼至温度升至100～105℃，然后将所得混合物排出密炼机依次进行下片、冷却和停放，得到质量损失小的航空轮胎胎面胶。
6.权利要求1～4任意一项所述的质量损失小的航空轮胎胎面胶或权利要求5所述制备方法制备的质量损失小的航空轮胎胎面胶在航空轮胎中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述应用的方法为：将所述质量损失小的航空轮胎胎面胶挤出成胎面半成品；在成型机上将胎面半成品贴于胎体顶部，制成轮胎胎坯；将所述轮胎胎坯进行硫化，得到航空轮胎成品。
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