CN115572416B - 一种耐高温的轮胎胎面胶、制备方法、应用和耐高温轮胎 - Google Patents

一种耐高温的轮胎胎面胶、制备方法、应用和耐高温轮胎 Download PDF

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Abstract

本发明涉及橡胶轮胎制造新材料技术领域，具体涉及一种耐高温的轮胎胎面胶、制备方法、应用和耐高温轮胎。一种耐高温的轮胎胎面胶由如下重量份的材料组成：天然橡胶40％～60％，聚丁二烯为6％～18％，填料为25％～33％，活性剂为1％～7％,微晶蜡为0.2％～2％，防老剂为1％～4％，硫化剂0.3％～1.2％，促进剂为0.3％～2％,防焦剂为0％～0.2％。该胎面组合物在轮胎外温硫化温度为142℃～155℃，硫化时间为42～62min的条件下硫化后，橡胶总交联密度为18×10‑5mol/cm3～24×10‑5mol/cm3，单硫键占比10％～25％，双硫键占比5％～25％，多硫键占比60％～70％，所制备的胎面橡胶组合物在低应变下的储能模量E’高，同时高温下的模量明显提高，耐磨性提升，滚阻降低，进而提高了轮胎的使用寿命和行驶里程。

Description

一种耐高温的轮胎胎面胶、制备方法、应用和耐高温轮胎
技术领域
本发明涉及橡胶轮胎制造新材料技术领域，具体涉及一种耐高温的轮胎胎面胶、制备方法、应用和耐高温轮胎。
背景技术
轮胎是在温度常温到100℃左右下工作，通常情况下随着温度的提高轮胎橡胶组合的定伸下降，储能模量下降，进而胶料的抗破坏能力下降，耐磨下降。为了提高胶料的抗破坏能力，轮胎技术人员通常是采用防老剂来提高胶料的耐热性。但是效果不是太明显。研究发现通过间同1,2-聚丁二烯，调整结晶度，使得高温≥90℃下，橡胶仍处于结晶状态，且由于间同1,2-聚丁二烯有较高的乙烯基含量，其与顺丁橡胶的相容性好，且能结晶，将间同1,2-聚丁二烯添加到胶料中可以起到类似于高温补强填料的作用，当其与顺丁橡胶并用时，能增强顺丁橡胶，提高高温顺丁胶的抗撕裂能力、定伸、拉伸强度等力学性能。当其应用在轮胎胎面中时，在耐磨、抗湿滑、低生热三者之间，得到较好平衡。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种耐高温的轮胎胎面胶，该胎面胶解决了轮胎胎面胶高温下定伸、储能模量和硬度大幅度下降的问题，同时保证轮胎行驶过程中胎面胶所需要的其他性能。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种耐高温的轮胎胎面胶，该胎面胶的硫化前胎面组合物的原料按按重量百分比计由以下组分构成：
所述的胎面组合物在轮胎外温硫化温度为142℃-165℃，硫化时间为42-62min的条件下硫化后，橡胶总交联密度为18×10-5mol/cm3-24×10-5mol/cm3，单硫键占比10％-25％，双硫键占比5％-25％，多硫键占比60％-70％；
所述的聚丁二烯橡胶为间同1,2-聚丁二烯与钕系顺丁橡胶或镍系顺丁并用，间同1,2-聚丁二烯橡胶1,2结构含量为：91-99％，结晶温度≥90℃。
优选，该胎面胶的硫化前胎面组合物的原料按按重量百分比计由以下组分构成：
所述的胎面组合物在轮胎外温硫化温度为142℃-165℃，硫化时间为42-62min的条件下硫化后，橡胶总交联密度为18×10-5mol/cm3-24×10-5mol/cm3，单硫键占比15％-22％，双硫键占比10％-20％，多硫键占比60％-70％。
作为优选，所述的填料为炭黑N234、N134、N375和白炭黑中的一种或者两种并用。再优选，所述的填料包括白炭黑，并加入硅烷偶联剂，其中白炭黑：硅烷偶联剂＝9:1-11:1。
作为优选，所述的促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、1,3-二苯胍；N,N’-二苯基胍、六亚甲基四胺、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、4,4′-二硫代二吗啉、二甲基二硫代氨基甲酸锌、二硫化四甲基秋兰姆、1,6-双(N,N'-二苯并噻唑氨基甲酰二硫)-己烷中的一种、两种或多种并用。
作为优选，活性剂包括氧化锌和硬脂酸或硬脂酸锌或其它脂肪酸锌盐。
作为优选，所述的防老剂为N-(1,3-二甲基)丁基-N'-苯基对苯二胺、N-环己基-N'-苯基对苯二胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、N-N`-二苯基-对苯二胺和4.4一双(2.2-二甲基苄基)二苯胺、3,9-二环己-3-烯基-2,4,8,10四氧杂螺[5,5]十一烷中的两种或多种。
作为优选，所述的硫化剂包括硫黄、硫给予体及其功能树脂交联剂的一种或多种。
进一步，本发明还公开了所述的一种耐高温的轮胎胎面胶的制备方法，该胎面胶的硫化前胎面组合物的混炼方法包括以下步骤：
1)一段混炼：转子转速在35-55rpm，上顶栓压力5.5MPa，首先将上述天然橡胶，顺丁橡胶，间同1,2-聚丁二烯，炭黑，防老剂，活性剂加入密炼机中进行混炼30-50秒，然后升栓，混炼20-30秒，升栓，停留7-10秒，压栓，混炼25-40秒，得到一段母胶；
2)一段停放：将制备的一段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
3)终炼：转子转速18-30rpm，上顶栓压力4.5MPa，依次将一段母胶，硫磺，促进剂，防焦剂加入密炼机中，进行混炼35-50秒，升栓，压栓，混炼25-40秒，升栓，压栓，混炼至95-115℃排胶，得到胎面组合物。
进一步，本发明还公开了所述的一种耐高温的轮胎胎面胶在制备耐高温的轮胎胎面中的应用。
进一步，本发明还公开了一种耐高温的轮胎，该轮胎的胎面采用所述的一种耐高温的轮胎胎面胶。
本发明的技术效果：本发明采用的结晶温度≥90℃的高结晶性间同1,2-聚丁二烯橡胶，使得胎面橡胶组合物的主体材料在高温下的定伸、储能模量和硬度有所提高；采用的交联网络结构：总交联密度为18×10-5mol/cm3～24×10-5mol/cm3，单硫键占比10％～25％，双硫键占比5％～25％，多硫键占比60％～70％明显地提升高温橡胶组合物的定伸和硬度，以及储能模量，胶料的综合性能也有所提升，其能成功得到一种耐高温的轮胎胎面橡胶。所制备的胎面橡胶在低应变下的储能模量E’高，同时高温下的模量明显提高，耐磨性提升，滚阻降低，进而提高了轮胎的使用寿命和行驶里程。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整的描述，进而进一步解释发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。给予本发明中的实施例，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。
本发明对比例与实施例配方如下：
在本发明中：
炭黑N234：卡博特(中国)投资有限公司生产。
防老剂4020：江苏圣奥化学科技有限公司生产，商品名为防老剂4020，化学名称为N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺。
防老剂RD：天津科迈化工有限公司生产，商品名为防老剂RD，化学名为2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体。
防老剂4020：山东圣奥化学科技有限公司生产，商品名为防老剂4020，化学名为N-(1,3-二甲基)丁基-N＇-苯基对笨二胺。
促进剂CZ：朗盛化学生产，化学名为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺。
本发明和胎面胶的制备方法如下：
(1)一段混炼：转子转速在40rpm，上顶栓压力5.5MPa，首先将上述天然橡胶，顺丁橡胶，炭黑，防老剂，活性剂和促进剂加入密炼机中进行混炼35秒，然后升栓，混炼25秒，升栓，停留7秒，压栓，混炼30秒，得到一段母胶。
(2)一段停放：将步骤一中制备的一段母胶停放8h。
(3)终炼：转子转速25rpm，上顶栓压力4.5MPa，依次将一段母胶，硫磺，促进剂，防焦剂加入密炼机中，进行混炼50秒，升栓，压栓，混炼30秒，升栓，压栓，混炼至110℃排胶，得到。
硫化方法1轮胎硫化条件为：轮胎的外温硫化温度为151℃，其中磨套硫化温度151℃，侧板硫化温度为147，硫化时间为52min。
硫化方法2轮胎硫化条件为：轮胎的外温硫化温度为165℃，其中磨套硫化温度165℃，侧板硫化温度为151℃，硫化时间为46min。
通过化学溶胀法测得实施例和对比例硫化胶的交联网络结构及其键型分布如下：
其物性数据如下：
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3
M300 14.5 14.6 16.5 14.4 14.6 14.8
M300(高温100℃) 12.5 13.1 13.7 10.1 13.6 9.8
E' 7.6 7.8 8.4 6.8 7.8 6.5
阿克隆磨耗80℃ 0.323 0.342 0.301 0.421 0.331 0.454
阿克隆磨耗 0.187 0.195 0.176 0.172 0.203 0.199
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种耐高温的轮胎胎面胶，其特征在于，该胎面胶的硫化前胎面组合物的原料按按重量百分比计由以下组分构成：
天然橡胶 40%-60%
聚丁二烯橡胶 6%-18%
填料 25%-35%
活性剂 1%-7%
微晶蜡 0.2%-2%
防老剂 1%-4%
硫化剂 0.3%-1.5%
促进剂 0.3%-2%
防焦剂 0%-0.2%；
所述的胎面组合物在轮胎外温硫化温度为142℃-165℃，硫化时间为42-62min的条件下硫化，硫化后橡胶总交联密度为18×10-5mol/cm3-24×10-5mol/cm3，单硫键占比10%-25%，双硫键占比5%-25%，多硫键占比60%-70%；
所述的聚丁二烯橡胶为间同1,2-聚丁二烯与钕系顺丁橡胶或镍系顺丁橡胶并用，间同1,2-聚丁二烯橡胶1,2结构含量为：91-99%，结晶温度≥90℃。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温的轮胎胎面胶，其特征在于，该胎面胶的硫化前胎面组合物的原料按按重量百分比计由以下组分构成：
天然橡胶 45%-55%
顺丁橡胶 4%-10%
间同1,2-聚丁二烯 4%-14%
填料 30%-35%
活性剂 2%-5%
微晶蜡 0.4%-1%
防老剂 1%-3%
硫化剂 0.5%-1.2%
促进剂 0.5%-1.5%
防焦剂 0%-0.2%；
硫化后橡胶总交联密度为18×10-5mol/cm３-24×10-5mol/cm３，单硫键占比15%-22%，双硫键占比10%-20%，多硫键占比60%-70%。
3.根据权利要求1或2所述的一种耐高温的轮胎胎面胶，其特征在于：所述的填料为炭黑N234、N134、N375和白炭黑中的一种或者两种并用。
4.根据权利要求3所述的一种耐高温的轮胎胎面胶，其特征在于：所述的填料包括白炭黑，并加入硅烷偶联剂，其中白炭黑：硅烷偶联剂=9:1-11:1。
5.根据权利要求1或2所述的一种耐高温的轮胎胎面胶，其特征在于：所述的促进剂为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺、1,3-二苯胍、N,N’-二苯基胍、六亚甲基四胺、N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺、4,4′-二硫代二吗啉、二甲基二硫代氨基甲酸锌、二硫化四甲基秋兰姆和1,6-双(N,N'-二苯并噻唑氨基甲酰二硫)-己烷中的一种、两种或多种并用。
6.根据权利要求1或2所述的一种耐高温的轮胎胎面胶，其特征在于：活性剂包括氧化锌和硬脂酸或硬脂酸锌或其它脂肪酸锌盐。
7.根据权利要求1或2所述的一种耐高温的轮胎胎面胶，其特征在于：所述的防老剂为N-(1,3-二甲基)丁基-N'-苯基对苯二胺、N-环己基-N'-苯基对苯二胺、2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体、6-乙氧基-2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉、N-N`-二苯基-对苯二胺、4.4一双(2.2-二甲基苄基)二苯胺和3,9-二环己-3-烯基-2,4,8,10四氧杂螺[5,5]十一烷中的两种或多种。
8.根据权利要求1或2所述的一种耐高温的轮胎胎面胶，其特征在于：所述的硫化剂包括硫黄、硫给予体及其功能树脂交联剂的一种或多种。
9.根据权利要求1-7任意一项权利要求所述的一种耐高温的轮胎胎面胶的制备方法，其特征在于，该胎面胶的硫化前胎面组合物的混炼方法包括以下步骤：
1）一段混炼：转子转速在35-55rpm，上顶栓压力5.5MPa，首先将上述天然橡胶，顺丁橡胶，间同1,2-聚丁二烯，炭黑，防老剂，活性剂加入密炼机中进行混炼30-50秒，然后升栓，混炼20-30秒，升栓，停留7-10秒，压栓，混炼25-40秒，得到一段母胶；
2）一段停放：将制备的一段母胶放在空气中自然冷却至室温，停放8h；
3）终炼：转子转速18-30rpm，上顶栓压力4.5MPa，所述硫化剂为硫磺，依次将一段母胶，硫磺，促进剂，防焦剂加入密炼机中，进行混炼35-50秒，升栓，压栓，混炼25-40秒，升栓，压栓，混炼至95-115℃排胶，得到胎面组合物。
10.根据权利要求1-7任意一项权利要求所述的一种耐高温的轮胎胎面胶在制备轮胎胎面中的应用。
11.一种耐高温的轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面采用权利要求1-7任意一项权利要求所述的一种耐高温的轮胎胎面胶。
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