CN115725121B - 一种高阻燃胎面橡胶组合物、混炼方法和高阻燃轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种高阻燃胎面橡胶组合物、混炼方法和高阻燃轮胎。一种高阻燃胎面橡胶组合物，该组合物按生胶组分为100重量份计，由包括以下组分的原料混炼制备得到：生胶100份，填料30～120份，硬脂酸1.0～3.5份，氧化锌2.5～6.0份，阻燃剂1.0～8.0份，防老剂1.0～5.0份，防护蜡0.5～3.0份，促进剂0.8～3.0份，硫化剂1.0～3.0份，防焦剂0～0.45份；其中，阻燃剂为氯化石蜡和硼酸锌，两者重量比例2:1～1:4，硼酸锌的粒径≤15μm，氯化石蜡的碳数分布为异构C26～C3218～35%，异构C33‑C4425～45%。本发明通过氯化石蜡和硼酸锌的配合使用，阻燃效果显著，同时对胎面组合物的生热、定伸以及耐磨性能没有明显影响。

Description

一种高阻燃胎面橡胶组合物、混炼方法和高阻燃轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种高阻燃胎面橡胶组合物、混炼方法和高阻燃轮胎。

背景技术

在焦炭厂、金属冶炼厂等高温作业场地，工程机械车辆需要装配耐高温性能和阻燃性能优异的轮胎。目前市场上的橡胶阻燃剂众多，按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂通过机械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性能，主要按照有机阻燃剂和无机阻燃剂，或者卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)和非卤阻燃剂分类。有机阻燃剂是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及其化合物为代表的阻燃剂，无机阻燃剂主要包括三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、硅系等阻燃体系。反应型阻燃剂则作为一种单体参与聚合反应，从而使聚合物本身含有阻燃成分，其优点是对聚合物材料使用性能影响较小，阻燃性能持久。助燃剂能显著提高胶料的阻燃性能，使得轮胎在火场等高温环境中不易燃，不易老化，提高轮胎使用寿命。

中国发明专利申请(公开号：CN104311909A)公开了一种耐火、阻燃橡胶组合物，通过添加硼酸锌、三氧化二锑以及十溴二苯醚阻燃剂进行配合，最终达到较好的阻燃效果，同时通过调整生胶体系、防老体系、填充体系使橡胶组合物的耐老化性能、屈挠性能满足要求，但是该橡胶组合物的定伸应力有所下降，作为胎面胶的话，耐磨性必定也会相应的降低，而本发明能在保证该胎面橡胶组合物具有高定伸，耐磨性的同时阻燃性能也有所提高。

另外也有一些中国发明专利申请(公开号：CN105949537B)公开了消防车轮胎子口耐磨橡胶组合物加入三氧化二锑、氯化石蜡和硼酸锌在橡胶成分中作为阻燃剂使用，中国发明专利申请(公开号：CN108342024A)公开了阻燃输送带覆盖胶以及轮胎胎侧加入三氧化二锑、氯化石蜡和氢氧化镁在橡胶成分中作为阻燃剂使用，但是均无法作为胎面胶使用。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的是提供一种高阻燃胎面橡胶组合物，通过氯化石蜡和硼酸锌的配合使用，阻燃效果显著，同时对胎面组合物的生热、定伸以及耐磨性能没有明显影响。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种高阻燃胎面橡胶组合物，该组合物按生胶组分为100重量份计，由包括以下组分的原料混炼制备得到：

生胶100份，填料30～120份，硬脂酸1.0～3.5份，氧化锌2.5～6.0份，阻燃剂1.0～8.0份，防老剂1.0～5.0份，防护蜡0.5～3.0份，促进剂0.8～3.0份，硫化剂1.0～3.0份，防焦剂0～0.45份；

其中，阻燃剂为氯化石蜡和硼酸锌，两者重量比例2:1～1:4，硼酸锌的粒径≤15μm，氯化石蜡的碳数分布为异构C26～C32 18～35％，异构C33-C44 25～45％。

作为优选，该组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：生胶100份，填料40～100份，硬脂酸2.5～3.0份，氧化锌3.0～5.0份，阻燃剂2～6份，防老剂1.5～3.0份，防护蜡1.0～2.5份，促进剂1.0～2.0份，硫化剂1.0～3.0份，防焦剂0.1～0.3份。

作为优选，氯化石蜡和硼酸锌两者比例1:1～1:3。

作为优选，填料为炭黑、白炭黑中一种或者两种并用；所述的白炭黑的BET比表面积为50～250m²/g、再优选为80～210m²/g、更优选为100～190m²/g；炭黑颗粒的BET比表面积优选为20～160m²/g、更优选为40～130m²/g、进一步优选为50～120m²/g；作为优选，白炭黑的配合量为20～120质量份，更优选为25～100质量份，进一步优选为60～90质量份；炭黑优选为5～60质量份，更优选为5～55质量份，进一步优选为20～55质量份。

作为再优选，填料为炭黑，炭黑的吸碘值115～147g/kg，吸油值120～132×10^-5m³/kg，着色强度115～139％。

作为优选，生胶为天然橡胶、异戊二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯腈-丁二烯橡胶、苯乙烯-异戊二烯-丁二烯橡胶和氯丁二烯橡胶中的一种或多种混合；再优选，生胶为天然橡胶，顺丁橡胶，丁苯橡胶中一种，两种或三种。

作为再优选，生胶为天然橡胶，天然橡胶100份，填料为炭黑，炭黑50-60份。

进一步，本发明还提供了所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：

1)一段混炼：将生胶、防老剂、防护蜡、防焦剂、硬脂酸、氧化锌投入密炼机中混炼30～50秒，在转速30～45rpm下进行混炼，每隔20～35秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到130℃～142℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到一段母胶。

2)二段混炼：将步骤1)的一段母胶以及阻燃剂投入密炼机中，在25～40rpm转速下进行混炼，每隔20～35秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到135～150℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到二段母胶，随后对其进行终炼；

3)终炼：将二段母胶、硫磺、促进剂投入密炼机中，在20～30rpm转速下进行混炼，依次间隔30～35秒、25～30秒15～20秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到100～120℃时排胶下片，放置冷却后即得到该高阻燃胎面胶组合物。

进一步，本发明还提供了一种高阻燃轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面采用所述胎面橡胶组合物硫化制备得到。

进一步，本发明还提供了氯化石蜡和硼酸锌在制备高阻燃胎面橡胶组合物中的应用，氯化石蜡和硼酸锌两者重量比例2:1～1:4，硼酸锌的粒径≤15μm，氯化石蜡的碳数分布为异构C26～C32 18～35％，异构C33-C44 25～45％。

本发明由于采用了上述的技术方案，首先硼酸锌能与氯化石蜡中的卤素反应生成三卤化硼，可阻断氧气，同时硼酸锌能促进无机碳层的生成，覆盖在橡胶组合物表面，最终达到阻燃效果。氯化石蜡是一种石蜡烃的氯化衍生物，具有低挥发性、阻燃、电绝缘性良好、价廉等优点，其在氯系阻燃剂中氯含量最高，同时氯化石蜡还能增韧橡胶基体。高温下，氯化石蜡中的碳卤键可以断开，释放出卤素自由基并有效捕捉聚合物材料因受热降解产生的游离活性自由基，可以有效降低自由基的浓度，从而缓解或者终止燃烧的自由基链式反应。本发明通过氯化石蜡和硼酸锌的配合使用，阻燃效果显著，同时对胎面组合物的生热、定伸以及耐磨性能没有明显影响。

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，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。

本发明所用的原材料来源及优选配比方案见表1：

表1

上述的原料来源如下：

天然橡胶购自达维天然橡胶(云南)有限公司；

炭黑N234购自上海卡博特化工有限公司；

氯化石蜡购自苏州禾森特种油品有限公司，氯化石蜡的碳数分布为异构C26～C3225％，异构C33-C44 35％；

硼酸锌购自上海吉至生化科技有限公司，硼酸锌的粒径≤15μm；

其他成分均为市场常规采购。

高阻燃胎面橡胶组合物的混炼方法为：

1)一段混炼：将生胶、防老剂、防护蜡、防焦剂、硬脂酸、氧化锌投入密炼机中混炼40秒，在转速40rpm下进行混炼，每隔25秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到135℃时进行排胶落片，室温放置冷却10小时后得到一段母胶。

3)二段混炼：将步骤(1)的一段母胶以及阻燃剂投入密炼机中，在35rpm转速下进行混炼，每隔25秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到140℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到二段母胶，随后对其进行终炼；

3)终炼：将二段母胶、硫磺、促进剂投入密炼机中，在25rpm转速下进行混炼，依次间隔30秒、25秒、15秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到110℃时排胶下片，放置冷却后即得到该高阻燃胎面胶组合物。

硫化方法：将混炼得到的胶料在预先准备的模具中进行硫化，硫化的条件为160℃*15min，压力为15MPa。然后使用常规的测试方法对其测定硫化橡胶的各项性能(表2)。

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 (20)

1.一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，该组合物按生胶组分为100重量份计，由以下组分的原料混炼制备得到：

生胶100份，填料30～120份，硬脂酸1.0～3.5份，氧化锌2.5～6.0份，阻燃剂1.0～8.0份，防老剂1.0～5.0份，防护蜡0.5～3.0份，促进剂 0.8～3.0份，硫磺 1.0～3.0份，防焦剂0～0.45份；

其中，生胶为天然橡胶；阻燃剂为氯化石蜡和硼酸锌，两者重量比例2:1～1:4，硼酸锌的粒径≤15μm，氯化石蜡的碳数分布为异构C26～C32 18～35%，异构C33-C44 25～45%；

该组合物的混炼方法包括以下的步骤：

1）一段混炼：将生胶、防老剂、防护蜡、防焦剂、硬脂酸、氧化锌投入密炼机中混炼30～50秒，在转速30～45rpm下进行混炼，每隔20～35秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到130℃～142℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到一段母胶；

2）二段混炼：将步骤1）的一段母胶以及阻燃剂投入密炼机中，在25～40rpm转速下进行混炼，每隔20～35秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到135～150℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到二段母胶，随后对其进行终炼；

3）终炼：将二段母胶、硫磺、促进剂投入密炼机中，在20～30rpm转速下进行混炼，依次间隔30～35秒、25～30秒、15～20秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到100～120℃时排胶下片，放置冷却后即得到该高阻燃胎面橡胶组合物。

2.根据权利要求1所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，该组合物由以下组分的原料混炼制备得到：生胶100份，填料40～100份，硬脂酸2.5～3.0份，氧化锌3.0～5.0份，阻燃剂2～6份，防老剂1.5～3.0份，防护蜡1.0～2.5份，促进剂 1.0～2.0份，硫磺1.0～3.0份，防焦剂0.1～0.3份。

3.根据权利要求1或2所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，氯化石蜡和硼酸锌两者比例1:1～1:3。

4.根据权利要求1或2所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，填料为炭黑、白炭黑中一种或者两种并用。

5.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，所述的白炭黑的BET比表面积为50～250m²/g。

6.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，所述的白炭黑的BET比表面积为80～210m²/g。

7.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，所述的白炭黑的BET比表面积为100～190m²/g。

8.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，炭黑颗粒的BET比表面积为20～160m²/g。

9.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，炭黑颗粒的BET比表面积为40～130m²/g。

10.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，炭黑颗粒的BET比表面积为50～120m²/g。

11.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，白炭黑的配合量为20～120质量份。

12.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，白炭黑的配合量为25～100质量份。

13.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，白炭黑的配合量为60～90质量份。

14.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，炭黑为5～60质量份。

15.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，炭黑为5～55质量份。

16.根据权利要求4所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，炭黑为20～55质量份。

17.根据权利要求1或2所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，填料为炭黑，炭黑的吸碘值115～147g/kg，吸油值120～132×10^-5m³/kg，着色强度115～139%。

18.根据权利要求1或2所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物，其特征在于，填料为炭黑，炭黑50-60份。

19.根据权利要求1-18任意一项权利要求所述的一种高阻燃胎面橡胶组合物的混炼方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

1）一段混炼：将生胶、防老剂、防护蜡、防焦剂、硬脂酸、氧化锌投入密炼机中混炼30～50秒，在转速30～45rpm下进行混炼，每隔20～35秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到130℃～142℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到一段母胶；

2）二段混炼：将步骤1）的一段母胶以及阻燃剂投入密炼机中，在25～40rpm转速下进行混炼，每隔20～35秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到135～150℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到二段母胶，随后对其进行终炼；

3）终炼：将二段母胶、硫磺、促进剂投入密炼机中，在20～30rpm转速下进行混炼，依次间隔30～35秒、25～30秒、15～20秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到100～120℃时排胶下片，放置冷却后即得到该高阻燃胎面橡胶组合物。

20.一种高阻燃轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面采用权利要求1-18任意一项权利要求所述胎面橡胶组合物硫化制备得到。