CN115746427A - 一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，以质量计，包括以下组分：20‑50份的天然橡胶，50‑70份的功能化聚丁二烯橡胶，10‑15份的反式丁戊橡胶，5‑15份的液体橡胶，30‑60份的炭黑，5‑15份的白炭黑，0.4‑8份的硅烷偶联剂，5‑8份的防老剂，1.5‑5份的氧化锌，1.5‑2份的硬脂酸，0.5‑3份的硫磺，0.5‑3份的促进剂，0.1‑5份的多功能硫化助剂。本发明提供的胎侧橡胶组合物引入了功能化聚丁二烯橡胶、液体橡胶、反式丁戊橡胶、多功能硫化助剂，各组分协同作用，降低了胶料的生热，提高了胶料的耐曲绕性能，使轮胎具有更低的滚动阻力，降低了新能源汽车的耗能，从而提升了续航里程，可广泛应用于新能源汽车的轮胎制备中。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料及其制备方法和应用，具体地说，涉及一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
随着近几年来新能源汽车的迅猛发展，全球EV汽车配套轮胎总量约1900万条，到2027年，EV汽车配套轮胎总量将接近1.8亿条。在汽车电动化的背景下，新能源汽车轮胎市场将迎来一个庞大的配套和替换市场。
汽车制造商与消费者对新能源汽车续航里程越来越重视，这就要求轮胎具有更低的滚动阻力，降低新能源汽车耗能，从而提升续航里程。同时由于新能源汽车起步电机输出扭矩较燃油车要高，还需要提升胎侧耐曲挠性能。
轮胎的滚动阻力与其花纹、结构设计、质量、配方设计等有关。众所周知，轮胎各部件对滚动阻力影响，胎冠部位约占50％，胎侧部位约占12％。但是目前对低滚动阻力轮胎研究主要集中胎面配方。胎侧的橡胶组合物多为耐疲劳、耐老化等性能研究，对于降低滞后损失和耐曲挠性能较少研究，而降低胎侧胶的滞后损失生热对降低轮胎的整胎滚动阻力也是非常重要的。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述技术的不足，提供一种低生热、耐曲挠的专用于新能源汽车轮胎的胎侧橡胶组合物。
为此，本发明提供了一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，以质量计，包括以下组分：
优选的，所述新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物中，以质量计，
更优选的，所述新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物中，以质量计，
优选的，功能化聚丁二烯橡胶可由阴离子溶液聚合、乳液聚合和原位聚合等方式生产；其中，顺式成分占比大于50％，且分子链末端具有极性改性基团氨基、羟基，同时，分子量在40-60万，且呈双峰式分布。功能化聚丁二烯橡胶分子链两端的反应基团可与组合物中的炭黑表面含氧基团反应结合，使炭黑在组合物中的分散性更好、与橡胶结合更紧密，降低胶料-填料及填料-填料间的生热。同时，功能化聚丁二烯橡胶与天然橡胶的相容性更好，可以进一步降低胶料的生热，使制得的轮胎滚阻更低。
优选的，反式丁戊橡胶中丁二烯含量为10％-30％，门尼粘度为40-60，所述反式丁戊橡胶中反式-1,4构型含量大于60％，结晶熔融温度为30℃-50℃。反式丁戊橡胶中的反式分子结构，可形成硬段的微晶区，提高撕裂能，可阻断曲挠裂纹扩张，具有更好的耐曲挠性能。
优选的，液体橡胶为相对低分子质量的聚二烯，由异戊二烯、丁二烯、苯乙烯中一种或多种共聚得到，其数均分子量Mn为5000-5万之间，玻璃化转变温度为-60℃至-95℃之间，其可与硫磺、促进剂发生反应。利用液体橡胶替代芳烃操作油使用，在橡胶混炼阶段，提供优越的润滑作用，提升炭黑的分散性。同时因为芳烃油不具有反应性，随着使用时间的延长，会迁移到橡胶表面，造成橡胶老化；但液体橡胶具有不饱和双键，在硫化阶段可通过硫键与天然橡胶结合，持续待在橡胶基体内部，保证了橡胶的柔韧性，从而提高了胶料的耐曲绕性能。
优选的，炭黑为N330、N550、N660、N777中的至少一种；白炭黑为高分散白炭黑，比表面积CATB值为100-110m2/g,BET值≤115m2/g。
优选的，硅烷偶联剂为Si-602、Si-69、Si-75和NXT中的至少一种，其中NXT为迈图高新材料有限公司产品，Si602、Si69、Si75位麒祥化工有限公司产品。
优选的，防老剂为防老剂4020、防老剂RD、防老剂3100、防护蜡中的至少一种。
优选的，多功能硫化助剂为间二甲苯亚乙基双宁康酰亚胺、1,6-双(N,N-二苯并噻唑氨基甲酰二六)-己烷、双马来酰亚胺、二水合六亚甲基-1，6-二硫代硫酸二钠盐中的至少一种。多功能硫化助剂的加入可以在硫化阶段使各组分结合更加紧密，降低分子间摩擦生热，从而降低轮胎滚阻。
上述新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将天然橡胶、功能化聚丁二烯橡胶、反式丁戊橡胶加入密炼机中塑炼；所述密炼机转子转速45～55rpm，塑炼时间20s-40s，上顶栓压力0.35～0.5Mpa；
(2)在步骤1得到的橡胶混合物中加入炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、防老剂、液体橡胶、氧化锌、硬脂酸进行混炼；当密炼机中温度达到110℃-120℃，提上顶栓，保持10s,然后压下上顶栓；
(3)当密炼机温度达到155-165℃时排胶；
(4)冷却步骤(3)得到的混炼胶，将步骤(3)得到的混炼胶、硫磺、促进剂、多功能硫化助剂同时加入密炼机中，混炼，排胶。
上述新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物在制备新能源轿车轮胎中的应用，所述新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物用于制备轮胎的胎侧部分。
本发明提供一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，具有如下有益效果：
(1)本发明加入功能化聚丁二烯橡胶，；功能化聚丁二烯橡胶分子链两端的反应基团可与组合物中的炭黑表面含氧基团反应结合，使炭黑在组合物中的分散性更好、与橡胶结合更紧密，降低胶料-填料及填料-填料间的生热。同时，功能化聚丁二烯橡胶与天然橡胶的相容性更好，可以进一步降低胶料的生热，使损耗因子60℃tanδ降低，从而使滚阻系数降低，达到轮胎节油的效果。
(2)本发明利用液体橡胶代替芳烃操作油，在橡胶混炼阶段，提供优越的润滑作用，提升炭黑的分散性。同时因为液体橡胶具有不饱和双键，在硫化阶段可通过硫键与天然橡胶结合，持续待在橡胶基体内部，保证了橡胶的柔韧性，从而提高了胶料的耐曲绕性能。而反式丁戊橡胶中的反式分子结构，可形成硬段的微晶区，提高撕裂能，可阻断曲挠裂纹扩张，也可以进一步提高胶料的耐曲挠性。
本发明提供的胎侧橡胶组合物引入了功能化聚丁二烯橡胶、液体橡胶、反式丁戊橡胶和多功能硫化助剂，各组分协同作用，降低了胶料的生热，提高了胶料的耐曲绕性能，使轮胎具有更低的滚动阻力，降低了新能源汽车的耗能，从而提升了续航里程，可广泛应用于新能源汽车的轮胎制备中。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以助于理解本发明的内容。本发明中所使用的方法如无特殊规定，均为常规的方法；所使用的原料和装置，如无特殊规定，均为常规的市售产品。
在一种实施方式中，本发明提供的新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将天然橡胶、功能化聚丁二烯橡胶、反式丁戊橡胶加入密炼机中塑炼；密炼机转子转速为45～55rpm，塑炼时间为20s-40s，上顶栓压力0.35～0.5Mpa；
(2)在步骤1得到的橡胶混合物中加入炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、防老剂、液体橡胶、氧化锌、硬脂酸进行混炼；当密炼机中温度达到110℃-120℃，提上顶栓，保持10s,然后压下上顶栓；
(3)当密炼机温度达到155-165℃时排胶；
(4)冷却步骤(3)得到的混炼胶，将步骤(3)得到的混炼胶、硫磺、促进剂、多功能硫化助剂同时加入密炼机中，混炼，排胶。
如未特殊说明，以下各实施例均采用上述方法制备获得，其中对比例1中，以顺丁橡胶代替功能化聚丁二烯橡胶、反式丁戊橡胶，操作油替代液体橡胶，且对比例1中未加入白炭黑、硅烷偶联剂和多功能硫化助剂。实施例1-5和对比例1的各组分配比具体见表1。
表1：胎侧橡胶组合物各实施例配比
将实施例1-5和对比例1制得的胶料在160℃*20min条件下模压硫化后进行相关性能测试，结果见表2。
表2：
实验结果表明，本发明功能化聚丁二烯橡胶分子链两端的反应基团可与组合物中的炭黑表面含氧基团反应结合，使炭黑在组合物中的分散性更好、与橡胶结合更紧密，降低胶料-填料及填料-填料间的生热；同时，功能化聚丁二烯橡胶与天然橡胶的相容性更好，可以进一步降低胶料的生热。而胶料生热的降低，使损耗因子60℃tanδ降低，从而使滚阻系数降低，达到轮胎节油的效果。同时本发明利用液体橡胶替代芳烃操作油使用，在橡胶混炼阶段，提供优越的润滑作用，提升炭黑的分散性。同时由于芳烃油不具有反应性，随着使用时间的延长，会迁移到橡胶表面，造成橡胶老化；但液体橡胶具有不饱和双键反应性，在硫化阶段可通过硫键与天然橡胶结合反应，持续待在橡胶基体内部，保证了橡胶的柔韧性，从而提高了胶料的耐曲绕性能。再者，反式丁戊橡胶中的反式分子结构，可形成硬段的微晶区，提高撕裂能，可阻断曲挠裂纹扩张，进一步提高胶料的耐曲挠性。
为了进一步验证实验成果，将实施例1-5和对比例1得到的胎侧橡胶组合物用于205/55R16规格轮胎生产试验，测试滚动阻力，结果见表3。
表3：
实验结果表明：由本发明的低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物制成的轮胎，滚阻系数更低，节油效果更加明显，可广泛应用于新能源汽车的轮胎制备中。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，其特征在于，以质量计，包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述功能化聚丁二烯橡胶中顺式成分占比大于50％，且分子链末端具有极性改性基团氨基、羟基，同时，分子量在40-60万，且呈双峰式分布。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述反式丁戊橡胶中丁二烯含量为10％-30％，门尼粘度为40-60，所述反式丁戊橡胶中反式-1,4构型含量大于60％，结晶熔融温度为30℃-50℃。
4.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述液体橡胶为相对低分子质量的聚二烯，由异戊二烯、丁二烯、苯乙烯中一种或多种共聚得到，其数均分子量Mn为5000-5万之间，玻璃化转变温度为-60℃至-95℃之间。
5.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述炭黑为N330、N550、N660、N777中的至少一种；所述白炭黑为高分散白炭黑，比表面积CATB值为100-110m2/g,BET值≤115m2/g。
6.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂为Si-602、Si-69、Si-75和NXT中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述防老剂为防老剂4020、防老剂RD、防老剂3100、防护蜡中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述多功能硫化助剂为间二甲苯亚乙基双宁康酰亚胺、1,6-双(N,N-二苯并噻唑氨基甲酰二六)-己烷、双马来酰亚胺、二水合六亚甲基-1，6-二硫代硫酸二钠盐中的至少一种。
9.如权利要求1～8任一所述新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将天然橡胶、功能化聚丁二烯橡胶、反式丁戊橡胶加入密炼机中塑炼；所述密炼机转子转速为45～55rpm，塑炼时间为20s-40s，上顶栓压力0.35～0.5Mpa；
(2)在步骤1得到的橡胶混合物中加入炭黑、白炭黑、硅烷偶联剂、防老剂、液体橡胶、氧化锌、硬脂酸进行混炼；当密炼机中温度达到110℃-120℃，提上顶栓，保持10s,然后压下上顶栓；
(3)当密炼机温度达到155-165℃时排胶；
(4)冷却步骤(3)得到的混炼胶，将步骤(3)得到的混炼胶、硫磺、促进剂、多功能硫化助剂同时加入密炼机中，混炼，排胶。
10.权利要求1～9任一所述的新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物在制备新能源轿车轮胎中的应用，所述新能源汽车用低滚阻耐曲挠胎侧橡胶组合物用于制备轮胎的胎侧部分。
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