CN115678128A - 全防爆轮胎内侧支撑胶及检测方法 - Google Patents

全防爆轮胎内侧支撑胶及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种全防爆轮胎内侧支撑胶及检测方法，属于轮胎制造技术领域，能够解决传统防爆轮胎用支撑胶不能兼顾支撑性能和低生热性能，传统支撑胶检测项目也只能检测新胎胶料性能，不能评价支撑胶重复使用过程中性能状态的问题。所述全防爆轮胎内侧支撑胶的损耗因子变化率|1‑tanδ2/tanδ1|@600cpm≤5％，其中tanδ1表征全防爆轮胎第一次使用时的损耗因子，tanδ2表征全防爆轮胎在发生缺气行驶后再次使用时的损耗因子，tanδ1和tanδ2的测试条件均为温度70℃，频率600cpm，应变7％；所述全防爆轮胎内侧支撑胶室温下的屈挠次数Flex≥40万次。本发明能够应用于全防爆轮胎，具有优异的耐热和耐屈挠性能。

Description

全防爆轮胎内侧支撑胶及检测方法
技术领域
本发明属于轮胎制造技术领域，尤其涉及一种全防爆轮胎内侧支撑胶及检测方法。
背景技术
防爆轮胎因在胎侧部位增加了支撑性结构而刚性变强，使得汽车在失压后仍能以80km/h的速度保持稳定行驶1h，在一定程度上解决了爆胎的安全性问题，但由于传统防爆轮胎的支撑性结构为支撑胶，是一个整体，难以兼顾支撑性和抗疲劳性，存在过厚、过硬、高生热等问题，容易导致轮胎的噪音大、滚阻高、耗油高、舒适性差等问题，不能适用于普通车辆。防爆轮胎在零气压行驶过程中，支撑胶内侧部分承受较大的屈挠变形，靠近气密层部分容易发生挤压损伤；而且传统防爆轮胎用支撑胶在零气压状态下行驶后容易发生疲劳损坏，没有补胎价值，需要更换新胎，费用高，不环保。
目前，传统防爆轮胎用支撑胶大部分为天然橡胶和顺丁橡胶并用，以低结构度炭黑或白炭黑填料填充，并配以高强硫化体系来满足支撑胶足够的支撑性和撕裂性能。由于天然橡胶不耐热的性能，防爆轮胎在零气压行驶过程支撑胶容易受到热破坏和机械破坏；而且，传统支撑胶检测项目也只能检测新胎胶料性能，不能评价支撑胶重复使用过程中性能状态。
发明内容
本发明针对传统防爆轮胎用支撑胶不能兼顾支撑性能和低生热性能，防爆轮胎在零气压行驶过程中，支撑胶内侧部分承受较大的屈挠变形，靠近气密层部分容易发生挤压损伤，且传统支撑胶检测项目只能检测新胎胶料性能，不能评价支撑胶重复使用过程中性能状态的技术问题，提出一种全防爆轮胎内侧支撑胶，具有优异的耐热和耐屈挠性能；本发明还提出一种全防爆轮胎内侧支撑胶的检测方法，能够评价支撑胶重复使用过程中的性能状态，预测支撑胶的耐热稳定性和耐屈挠性能。
为了达到上述目的，本发明一方面提供了一种全防爆轮胎内侧支撑胶，所述全防爆轮胎内侧支撑胶的损耗因子变化率|1-tanδ2/tanδ1|@600cpm≤5％，其中tanδ1表征全防爆轮胎第一次使用时的损耗因子，tanδ2表征全防爆轮胎在发生缺气行驶后再次使用时的损耗因子，tanδ1和tanδ2的测试条件均为温度70℃，频率600cpm，应变7％；所述全防爆轮胎内侧支撑胶室温下的屈挠次数Flex≥40万次。
在其中一些实施例中，按重量份数计，所述全防爆轮胎内侧支撑胶包括液体工艺天然橡胶50～70份，顺丁橡胶50～70份，液体聚丁二烯5～10份，炭黑20～40份，第一防老剂2～3份，活性剂3～5份，硫磺1～2份，促进剂1～2份，抗硫化返原剂0.5～1.5份。
在其中一些实施例中，所述液体工艺天然橡胶包括胶乳40～60份，白炭黑20～40份，硅烷偶联剂2～4份，其他配合剂0.5～1.5份。
在其中一些实施例中，所述顺丁橡胶为改性低顺式顺丁橡胶，所述改性低顺式顺丁橡胶使用锂系催化剂且顺式含量为45％。
在其中一些实施例中，所述液体聚丁二烯分子量为3200，所述液体聚丁二烯中1，2-丁二烯结构含量为22％，所述1，2-丁二烯分子链进行末端改性。
在其中一些实施例中，所述炭黑吸碘值为35～50g/kg，DBP吸收值为110×10-5～130×10-5m3/kg。
在其中一些实施例中，所述抗硫化返原剂为PK900、WY9188中的至少一种。
在其中一些实施例中，所述白炭黑比表面积为90～120m2/g；所述硅烷偶联剂为双-(丙基三乙氧基硅烷)四硫化物、双-(丙基三乙氧基硅烷)二硫化物、巯基丙基三乙氧基硅烷中至少一种；所述其他配合剂包括第二防老剂和分散剂中的至少一种。
本发明另一方面提供了上述任一全防爆轮胎内侧支撑胶的检测方法，包括以下步骤：
硫化：将未硫化全防爆轮胎内侧支撑胶置于RPA设备模腔，设置硫化温度161℃，硫化时间15min，应变0.7％，频率100cpm；
全防爆轮胎普通行驶损耗因子：将硫化后温度降到65℃～75℃，设置应变42％，频率60cpm，保持5min；保持上述温度，设置应变7％，频率600cpm，记录损耗因子tanδ1；
全防爆轮胎零气压行驶损耗因子：记录损耗因子tanδ1后将温度升到190～210℃，保持8～10min后，将温度降到65℃～75℃，保持5min；保持上述温度，设置7％应变，频率600cpm，记录损耗因子tanδ2，用|1-tanδ2/tanδ1|@600cpm表征损耗因子变化率；
全防爆轮胎零气压耐久后耐久测试：对全防爆轮胎进行室内机床测试，在零气压状态下全防爆轮胎以60km/h的速度行驶30min后，静置24小时，进行耐久测试，测试结果作为全防爆轮胎重复使用性能的判定依据。
在其中一些实施例中，全防爆轮胎普通行驶损耗因子步骤中测试温度为70℃；全防爆轮胎零气压行驶损耗因子步骤中记录损耗因子tanδ1后将温度升至200℃。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明全防爆轮胎内侧支撑胶具有优异的耐热和耐屈挠性能，通过使用液体炼胶工艺天然橡胶和改性低顺式顺丁橡胶，大幅提升胶料耐热耐屈挠性，实现支撑胶的重复使用，降低换胎频率，在可持续和环保方面极具优势；加入液体聚丁二烯，提高天然橡胶和顺丁橡胶的相容性，进一步降低生热降低滞后，同时保证良好的加工性能。本发明提供的可持续性全防爆轮胎内侧支撑胶的检测方法，通过检测预测支撑胶是否可重复使用，且重复使用过程中轮胎性能的好坏。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的全防爆轮胎内侧支撑胶的位置示意图；
图中，1、过渡层，2、内侧支撑胶，3、外侧支撑胶。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的全防爆轮胎内侧支撑胶2作为全部支撑胶的一部分，位于过渡层1和外侧支撑胶3之间，具有优异的耐热和耐屈挠性能。本发明实施例全防爆轮胎内侧支撑胶的损耗因子变化率|1-tanδ2/tanδ1|@600cpm≤5％，其中tanδ1表征全防爆轮胎第一次使用时的损耗因子，tanδ2表征全防爆轮胎在发生缺气行驶后再次使用时的损耗因子，tanδ1和tanδ2的测试条件均为温度70℃，频率600cpm，应变7％；全防爆轮胎内侧支撑胶室温下屈挠测试的屈挠次数Flex≥40万次，确保优异的耐热性能和屈挠性能，以确保全防爆轮胎缺气行驶后可以继续使用。
本发明实施例全防爆轮胎内侧支撑胶按重量份数计，包括液体工艺天然橡胶50～70份，顺丁橡胶50～70份，液体聚丁二烯5～10份，炭黑20～40份，第一防老剂2～3份，活性剂3～5份，硫磺1～2份，促进剂1～2份，抗硫化返原剂0.5～1.5份。
本发明实施例所述液体工艺天然橡胶为天然橡胶在液体状态下，加入白炭黑等填料和配合剂混炼而成，加强白炭黑分散，降低滞后和生热，大幅提升耐屈挠性能，延长支撑胶使用寿命。液体工艺天然橡胶以重量份数计，包括胶乳40～60份，白炭黑20～40份，硅烷偶联剂2～4份，其他配合剂0.5～1.5份。其中，白炭黑为高分散白炭黑，比表面积为90m～120m2/g，较低的比表面积有利于分散；硅烷偶联剂为双-(丙基三乙氧基硅烷)四硫化物、双-(丙基三乙氧基硅烷)二硫化物、巯基丙基三乙氧基硅烷中至少一种；其他配合剂包括第二防老剂和分散剂中的至少一种，第二防老剂优选为4020。
本发明实施例中顺丁橡胶优选为改性低顺式聚丁二烯橡胶，使用锂系催化剂且顺式含量为45％，分子量52万，末端改性基团加强白炭黑的分散，进一步降低生热滞后，同时保证良好的加工性能。液体聚丁二烯分子量为3200，1，2-丁二烯结构含量为22％，分子链进行末端改性。炭黑吸碘值为35～50g/kg，DBP吸收值为110×10-5～130×10-5m3/kg，高结构低比表面积炭黑保证足够的机械补强性能同时具有降低生热。第一防老剂包括4020 1～2份，RD 0～2份；活性剂包括氧化锌3～5份和硬脂酸0～2份。所用促进剂包括TiBTD 0.5～1.5份，NS 1.5～2.5份。抗硫化返原剂为WY9188、PK900中的至少一种，能够提高胶料交联键的热稳定性，进一步提高胶料耐热性。
本发明相比传统顺丁橡胶和天然橡胶并用的单一支撑胶配方，从支撑胶内侧部分着手，加强优化耐热耐屈挠性能，通过使用液体炼胶工艺天然胶和改性低顺式顺丁胶，大幅提升胶料耐热耐屈挠性，实现支撑胶的重复使用，降低换胎频率，在可持续和环保方面极具优势；加入的液体聚丁二烯与固体橡胶具有极好的相容性，可以作为天然橡胶和顺丁橡胶的反应型增塑剂，提高其相容性，进一步降低生热和滞后，同时保证良好的加工性能。
本发明上述全防爆轮胎内侧支撑胶的制备方法，包括以下步骤：
液体工艺天然橡胶制备：按照上述重量份数配比，将胶乳、白炭黑、硅烷偶联剂、其他配合剂按液体工艺制备为胶块；
一段母胶制备：按照上述重量份数配比，将上述胶块、顺丁橡胶、液体聚丁二烯、炭黑、活性剂、第一防老剂加至密闭炼胶机中，混炼均匀后排胶，得到一段母胶；
二段终胶制备：将上述一段母胶、硫磺、促进剂和抗硫化返原剂添加至密闭炼胶机中，混炼均匀后排胶，得到终炼胶。
本发明上述全防爆轮胎内侧支撑胶的检测方法，尤其涉及全防爆胎缺气行驶产生热历史后重复使用性能检测方法，包括以下步骤：
硫化：将未硫化全防爆轮胎内侧支撑胶置于RPA设备模腔，设置硫化温度161℃，硫化时间15min，应变0.7％，频率100cpm；
全防爆轮胎普通行驶损耗因子：将硫化后温度降到65℃～75℃，设置应变42％，频率60cpm，保持5min；保持上述温度，设置应变7％，频率600cpm，记录损耗因子tanδ1；
全防爆轮胎零气压行驶损耗因子：将温度升到190～210℃，保持8～10min后，将温度降到65℃～75℃，保持5min；保持上述温度，设置7％应变，频率600cpm，记录损耗因子tanδ2，用|1-tanδ2/tanδ1|@600cpm表征损耗因子变化率，值越小，表示耐屈挠性能越好，全防爆轮胎重复使用支撑性能越好；
全防爆轮胎零气压耐久后耐久测试：根据内侧支撑胶测试条件，优选相应胎面长度的全防爆胎进行室内机床测试，在全防爆轮胎机床试验中，全防爆轮胎在零气压状态下以60km/h的速度行驶30min后，静置24小时，再进行国标GB/T4602《轿车轮胎性能室内试验方法》的耐久测试，测试结果作为全防爆轮胎重复使用性能的判定依据。
全防爆轮胎区别于传统防爆胎，在零气压行驶过程中变形大，温度高，最大应变可达30％以上，温度可达140℃以上，上述检测方法主要测试耐热稳定性，优选更苛刻条件200℃作为温度处理条件。全防爆轮胎在日常行驶过程中与普通胎相同，气压充足，变形较小，按平均速度80km/h，轮胎周长2m计算，轮胎行驶频率为600cpm，优选频率600cpm，温度70℃，应变7％(0.5°应变角)作为tanδ1和tanδ2测试的表征条件。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的全防爆轮胎内侧支撑胶及检测方法，下面将结合具体实施例进行描述。
实施例1
本实施例全防爆轮胎内侧支撑胶以重量分数计，包括：液体工艺天然橡胶67份，顺丁橡胶60份，液体聚丁二烯5份，炭黑30份，第一防老剂2.5份，活性剂4份，硫磺1.6份，促进剂1.8份，抗硫化返原剂1.0份；
其中，液体工艺天然橡胶包括胶乳40份，白炭黑24份，硅烷偶联剂Si69 2.4份，第二防老剂4020 0.6份；
顺丁橡胶为改性低顺式顺丁橡胶；
第一防老剂为4020 1.5份，RD 1.0份；
活性剂为氧化锌3.0份，硬脂酸1.0份；
促进剂为TiBTD 0.8份，NS 1.0份；
抗硫化返原剂为WY9188 1.0份。
本实施例全防爆轮胎内侧支撑胶的制备方法包括以下步骤：
液体工艺天然橡胶制备：按照上述重量份数配比，将胶乳、白炭黑、硅烷偶联剂Si69、第二防老剂4020制备为胶块；
一段母胶制备：按照上述重量份数配比，将上述胶块、改性低顺式顺丁橡胶、液体聚丁二烯、炭黑、氧化锌和硬脂酸、第一防老剂4020和RD加至密闭炼胶机中，混炼均匀后排胶，得到一段母胶；
二段终胶制备：将上述一段母胶、硫磺、促进剂TiBTD和NS、抗硫化返原剂WY9188添加至密闭炼胶机中，混炼均匀后排胶，得到终炼胶。
实施例2
本实施例全防爆轮胎内侧支撑胶以重量分数计，包括：液体工艺天然橡胶67份，顺丁橡胶60份，液体聚丁二烯5份，炭黑30份，第一防老剂2.5份，活性剂4份，硫磺1.6份，促进剂1.8份，抗硫化返原剂1.0份；
其中，液体工艺天然橡胶包括胶乳40份，白炭黑24份，硅烷偶联剂Si69 2.4份，第二防老剂4020 0.6份；
顺丁橡胶为钕系顺丁橡胶；
第一防老剂为4020 1.5份，RD 1.0份；
活性剂为氧化锌3.0份，硬脂酸1.0份；
促进剂为TiBTD 0.8份，NS 1.0份；
抗硫化返原剂为WY9188。
本实施例全防爆轮胎内侧支撑胶的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例全防爆轮胎内侧支撑胶以重量分数计，包括：普通天然橡胶40份，改性低顺式顺丁橡胶60份，炭黑30份，白炭黑24份，硅烷偶联剂Si69 2.4份，防老剂4020 2.1份，防老剂RD 1份，活性剂氧化锌3份，活性剂硬脂酸1份，硫磺1.6份，促进剂TiBTD 0.8份，促进剂NS 1份，抗硫化返原剂WY9188 1.0份。
本对比例全防爆轮胎内侧支撑胶的制备方法包括以下步骤：
一段母胶制备：按照上述重量份数配比，将普通天然橡胶、改性低顺式顺丁橡胶、炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂Si69、氧化锌和硬脂酸、防老剂4020和RD加至密闭炼胶机中，混炼均匀后排胶，得到一段母胶；
二段终胶制备：将上述一段母胶、硫磺、促进剂TiBTD和NS、抗硫化返原剂WY9188添加至密闭炼胶机中，混炼均匀后排胶，得到终炼胶。
对比例2
本对比例全防爆轮胎内侧支撑胶以重量分数计，包括：普通天然橡胶40份，改性低顺式顺丁橡胶60份，液体聚丁二烯5份，炭黑55份，防老剂4020 2.1份，防老剂RD 1份，活性剂氧化锌3份，活性剂硬脂酸1份，硫磺1.6份，促进剂TiBTD 0.8份，促进剂NS 1份，抗硫化返原剂WY9188 1.0份。
本对比例全防爆轮胎内侧支撑胶的制备方法包括以下步骤：
一段母胶制备：按照上述重量份数配比，将天然橡胶、改性低顺式顺丁橡胶、液体聚丁二烯，炭黑、氧化锌和硬脂酸、防老剂4020和RD加至密闭炼胶机中，混炼均匀后排胶，得到一段母胶；
二段终胶制备：将上述一段母胶、硫磺、促进剂TiBTD和NS、抗硫化返原剂WY9188添加至密闭炼胶机中，混炼均匀后排胶，得到终炼胶。
性能测试
将上述实施例1-2和对比例1-2所得到的终炼胶进行损耗因子变化率测试，胶料耐屈挠性，胶料拉伸性能测试，动态力学性能测试，零气压耐久后耐久测试。其中，损耗因子变化率测试按以下步骤进行：将内侧支撑胶未硫化胶进行RPA模拟支撑胶缺气行驶测试，于161℃条件下硫化15min；降温至65℃～75℃，设置应变7％，频率600cpm，记录损耗因子tanδ1；升温至190～210℃，进行8～10min高温处理；再次降温至65℃～75℃，应变7％，频率600cpm，记录损耗因子tanδ2，|1-tanδ2/tanδ1|@600cpm作为损耗因子变化率，值越小，表示耐屈挠性能越好，全防爆轮胎重复使用支撑性能越好；
胶料耐屈挠性参照GB/T13934进行；胶料拉伸性能按照GB/T528进行；
动态力学性能采用ISO 4664-1:2005，初始应变7％，动态应变1％，频率10Hz，温度70℃，tanδ表征滞后损失；
成品胎测试参照GB/T 30196-2013进行零气压耐久测试，条件为60km/h的速度行驶30min，零气压耐久测试完成后将轮胎静置24小时，再按照国标GB/T4602《轿车轮胎性能室内试验方法》进行耐久测试，作为全防爆轮胎重复使用性能的评价依据。
表1实施例1-2和对比例1-2所得到的终炼胶性能测试表
实施例1 实施例2 对比例1 对比例2
损耗因子变化率 1％ 4％ 11％ 10％
硬度 69 68 70 71
拉伸强度 14.3 14.2 14.8 15.0
屈挠性能(1级裂口) 550000 490000 190000 212000
Tanδ@70℃ 0.030 0.031 0.064 0.070
耐久指数 100 97 85 89
由上可知，实施例1和实施例2为本发明提供的全防爆轮胎内侧支撑胶，与对比例1和对比例2相比，实施例1和实施例2所得全防爆轮胎内侧支撑胶的损耗因子变化率明显降低，屈挠性能明显提升，耐久指数明显提升。

Claims (10)

1.全防爆轮胎内侧支撑胶，其特征在于，所述全防爆轮胎内侧支撑胶的损耗因子变化率|1-tanδ2/tanδ1|@600cpm≤5％，其中tanδ1表征全防爆轮胎第一次使用时的损耗因子，tanδ2表征全防爆轮胎在发生缺气行驶后再次使用时的损耗因子，tanδ1和tanδ2的测试条件均为温度70℃，频率600cpm，应变7％；
所述全防爆轮胎内侧支撑胶室温下的屈挠次数Flex≥40万次。
2.根据权利要求1所述的全防爆轮胎内侧支撑胶，其特征在于，按重量份数计，所述全防爆轮胎内侧支撑胶包括液体工艺天然橡胶50～70份，顺丁橡胶50～70份，液体聚丁二烯5～10份，炭黑20～40份，第一防老剂2～3份，活性剂3～5份，硫磺1～2份，促进剂1～2份，抗硫化返原剂0.5～1.5份。
3.根据权利要求2所述的全防爆轮胎内侧支撑胶，其特征在于，所述液体工艺天然橡胶包括胶乳40～60份，白炭黑20～40份，硅烷偶联剂2～4份，其他配合剂0.5～1.5份。
4.根据权利要求2所述的全防爆轮胎内侧支撑胶，其特征在于，所述顺丁橡胶为改性低顺式顺丁橡胶，所述改性低顺式顺丁橡胶使用锂系催化剂且顺式含量为45％。
5.根据权利要求2所述的全防爆轮胎内侧支撑胶，其特征在于，所述液体聚丁二烯分子量为3200，所述液体聚丁二烯中1，2-丁二烯结构含量为22％，所述1，2-丁二烯分子链进行末端改性。
6.根据权利要求2所述的全防爆轮胎内侧支撑胶，其特征在于，所述炭黑吸碘值为35～50g/kg，DBP吸收值为110×10-5～130×10-5m3/kg。
7.根据权利要求2所述的全防爆轮胎内侧支撑胶，其特征在于，所述抗硫化返原剂为PK900、WY9188中的至少一种。
8.根据权利要求3所述的全防爆轮胎内侧支撑胶，其特征在于，所述白炭黑比表面积为90～120m2/g；
所述硅烷偶联剂为双-(丙基三乙氧基硅烷)四硫化物、双-(丙基三乙氧基硅烷)二硫化物、巯基丙基三乙氧基硅烷中至少一种；
所述其他配合剂包括第二防老剂和分散剂中的至少一种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的全防爆轮胎内侧支撑胶的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
硫化：将未硫化全防爆轮胎内侧支撑胶置于RPA设备模腔，设置硫化温度161℃，硫化时间15min，应变0.7％，频率100cpm；
全防爆轮胎普通行驶损耗因子：将硫化后温度降到65℃～75℃，设置应变42％，频率60cpm，保持5min；保持上述温度，设置应变7％，频率600cpm，记录损耗因子tanδ1；
全防爆轮胎零气压行驶损耗因子：记录损耗因子tanδ1后将温度升到190～210℃，保持8～10min后，将温度降到65℃～75℃，保持5min；保持上述温度，设置7％应变，频率600cpm，记录损耗因子tanδ2，用|1-tanδ2/tanδ1|@600cpm表征损耗因子变化率；
全防爆轮胎零气压耐久后耐久测试：对全防爆轮胎进行室内机床测试，在零气压状态下全防爆轮胎以60km/h的速度行驶30min后，静置24小时，进行耐久测试，测试结果作为全防爆轮胎重复使用性能的判定依据。
10.根据权利要求9所述的全防爆轮胎内侧支撑胶的检测方法，其特征在于，全防爆轮胎普通行驶损耗因子步骤中损耗因子tanδ1的测试温度为70℃；全防爆轮胎零气压行驶损耗因子步骤中记录损耗因子tanδ1后将温度升至200℃。
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