CN116199980A - 一种轮胎气密层橡胶组合物及其混炼方法和轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种轮胎气密层橡胶组合物及其混炼方法和轮胎。一种轮胎气密层橡胶组合物，该组合物按橡胶组分为100重量份计由包括以下组分的原料混炼制备得到：溴化丁基橡胶40‑90份，天然橡胶10‑40份，环氧化天然橡胶10‑40份，纳米黏土10‑40份，炭黑30‑80份，油类增塑剂0‑10份，增粘树脂1.0‑6.0份，液体丁基再生胶2.0‑20份，均匀剂1.0‑10份；该组合物主要是使用液体丁基橡胶或者高温裂解而成的液体丁基再生胶替代油类增塑剂，并使用环氧化天然橡胶替代部分溴化丁基，降低气密层配方的透气系数，提高轮胎的保气性能。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种轮胎气密层橡胶组合物及其混炼方法和轮胎。
背景技术
轮胎气密层的作用是密封空气，将从轮胎中扩散出的空气减至最少。这样它便有助于保持适当的充气压力，从而把轮胎欠压时的种种副作用，如提高轮胎滚动阻力(降低汽车节油性)，降低轮胎的耐久性能、操控性能和行驶性能等减至最轻，阻止轮胎内的氧气、水汽透过气密层，防止轮胎内部部件氧化，水汽腐蚀钢丝，延长轮胎使用寿命，目前全钢轮胎使用的聚合物以溴化丁基和氯化丁基为主。
但是由于溴化丁基主要原材料聚异丁烯及异戊二烯等均使用石油系产品制造，随着全球石油资源的枯竭，使用生物基橡胶材料替代石油系卤化丁基产品迫在眉睫。
环氧化天然胶是天然胶乳使用过氧化有机酸或过氧化氢与有机酸处理使天然橡胶形成环氧化基团结构的橡胶，由于引入了环氧基团，橡胶分子极性增大，分子间作用力增强，从而使该橡胶具有许多独特的性能：优异的气密性、优良的耐油性、与其他材料间良好的粘性、与其他高聚物较好的相容性等优点。应用环氧化天然橡胶在气密层配方中替代溴化丁基等石油系合成橡胶，减少气密层配方石油系合成橡胶的使用量，以应对未来的材料危机一直是研究人员努力的方向。
前期基础研究发现，气密层中配合剂对气密性影响最大的是油类增塑剂，卤化丁基橡胶因其本身的分子结构特点，未硫化胶收缩率较大，需要加入油类增塑剂降低分子间的作用力，达到满足加工的需求，但是油类增塑剂的加入降低了卤化丁基橡胶中聚异丁烯基团的空间位阻，导致透气系数提升，影响轮胎的保气性能。
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轮胎气密层橡胶组合物，该组合物主要是使用高温裂解而成的液体丁基再生胶替代油类增塑剂，并使用环氧化天然橡胶替代部分溴化丁基，降低气密层配方的透气系数，提高轮胎的保气性能。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种轮胎气密层橡胶组合物，该组合物按橡胶组分为100重量份计由包括以下组分的原料混炼制备得到：
所述的环氧化天然橡胶环氧化程度为20％-50％；液体丁基再生胶采用由报废硫化胶囊和\或丁基内胎进行高温裂解制得，液体丁基再生胶中橡胶聚合物含量为40-80％，低分子量物质含量5-20％，炭黑含量20-40％，100℃，ML(1+4)门尼值为10-20。
作为优选，该组合物按橡胶组分为100重量份计由包括以下组分的原料混炼制备得到：
本发明所述环氧化天然橡胶采用现有技术领域中常用的环氧化天然橡胶，可以选择高环氧化度和中等环氧化度的环氧化天然橡胶，环氧化度较高的产品具有更优异的气密性。作为优选，所述的环氧化天然橡胶环氧化程度为35％-45％。
本发明使用与中策橡胶循环科技联合开发的使用报废硫化胶囊高温裂解得到的液体丁基再生胶。液体丁基再生胶是由报废硫化胶囊或者丁基内胎经过特殊工艺制得，轮胎硫化胶囊、丁基内胎的主体聚合物为丁基橡胶与氯丁橡胶，能与卤化丁基橡胶共混及并用，减少硫化胶囊、丁基内胎报废造成的黑色污染，减少油类增塑剂导致的透气系数上升，提升全钢轮胎气密层的保气性；并使用环氧化天然橡胶部分替代卤化丁基橡胶，在降低配方透气系数的同时又保证了取消油类增塑剂后的加工性能。
本发明所述增粘树脂采用传统橡胶用增粘树脂，如对叔丁基增粘树脂，对特辛基增粘树脂，乙炔增粘树脂，乙烯增粘树脂等，优选为对特辛基增粘树脂。
本发明所述纳米黏土为市售产品，D50粒径在1微米以下，在混炼时候加入，可进一步提高气密层材料的空气阻隔性能，优选为强微粉或RC15。
本发明所述增粘树脂采用传统橡胶用增粘树脂，如对叔丁基增粘树脂，对特辛基增粘树脂，乙炔增粘树脂，乙烯增粘树脂等，优选为对特辛基增粘树脂。
本发明中活性剂可选择现有技术中已有活性剂，优选氧化锌、硬脂酸。
本发明炭黑可选择现有技术已有炭黑，如N326、N330、N375、N550、N660、N774等，优选炭黑为N660或N774。
作为优选，该组合物的混炼原料还包括以下组分：活性剂1.0-8.0份，促进剂0.3-1.5份，硫磺0.3-1.5份；优选，活性剂3.0-6.0份，促进剂0.5-1.2份，硫磺0.4-0.8份。
本发明中活性剂可选择现有技术中已有活性剂，优选氧化锌、硬脂酸。
进一步，本发明还公开了所述的一种轮胎气密层橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
一、采用切线型密炼机进行塑炼，控制密炼机转子速度50-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度30-50℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入全部橡胶天然橡胶、环氧化天然橡胶组分，压上顶栓，保持10-20秒；
②升上顶栓，加入部分炭黑，压上顶栓使胶料升温至120-130℃；
③升上顶栓，保持4-6秒，压上顶栓使胶料升温至145-155℃；
④升上顶栓，排胶压片；
二、采用切线型密炼机进行混炼，控制密炼机转子速度50-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度30-50℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入塑炼胶及剩余橡胶组分、液体丁基再生胶组分，压上顶栓，保持10-20秒；
②升上顶栓，加入炭黑、软化油、活性剂、防老剂、加工树脂，压上顶栓使胶料升温至90-100℃；
③升上顶栓，保持4-6秒，压上顶栓使胶料升温至125-130℃；
④升上顶栓，排胶压片；
三、采用切线型密炼机进行终炼加硫，控制密炼机转子速度20-30rpm，控制上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入混炼好的母胶，加入硫化剂、促进剂；
②压上顶栓使胶料升温至70-80℃；
③升上顶栓，保持4-6秒；
④压上顶栓使胶料升温至80-90℃；
⑤升上顶栓，保持4-6秒；
⑥压上顶栓使胶料升温至95-100℃，排胶压片。
进一步，本发明还公开了一种轮胎，该轮胎的气密层采用所述的一种轮胎气密层橡胶组合物硫化制备得到。
本发明橡胶配方采用了以溴化丁基，天然橡胶，环氧化天然橡胶为聚合物体系，以溴化丁基作为连续相，天然橡胶、环氧化天然橡胶作为分散相。通过环氧化天然橡胶替代配方中部分溴化丁基橡胶，透气系数达到溴化丁基配方的水平，提高气密层配方物理机械性能，降低配方生热的同时可以减少配方中溴化丁基橡胶的使用量，降低配方对石油系橡胶的依赖性；使用液体丁基再生胶替代低分子油类增塑剂，减少因油类增塑剂提高对于气密层透气系数的负面影响。进一步，为提高溴化丁基，天然橡胶，环氧化天然橡胶的相容性，采用均匀剂作为增容剂，改善三相分散，提高配方疲劳、物理机械性能。
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。
本发明的原料来源如表1所示。
表1
实施例1-4，对比例1-14的配方由以下重量份材料组成如表2。
表2
续表2
实施例1-4，对比例1-14(对比例中无的成分则不加入)的混炼工艺如下：
一、采用切线型密炼机进行塑炼，控制密炼机转子速度50-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度30-50℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入全部橡胶天然橡胶、环氧化天然橡胶组分，压上顶栓，保持10-20秒；
②升上顶栓，加入部分炭黑，压上顶栓使胶料升温至120-130℃；
③升上顶栓，保持4-6秒，压上顶栓使胶料升温至145-155℃；
④升上顶栓，排胶压片；
二、采用切线型密炼机进行混炼，控制密炼机转子速度50-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度30-50℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入塑炼胶及剩余橡胶组分、液体丁基再生胶组分，压上顶栓，保持10-20秒；
②升上顶栓，加入炭黑、软化油、活性剂、防老剂、加工树脂，压上顶栓使胶料升温至90-100℃；
③升上顶栓，保持4-6秒，压上顶栓使胶料升温至125-130℃；
④升上顶栓，排胶压片；
三、采用切线型密炼机进行终炼加硫，控制密炼机转子速度20-30rpm，控制上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入混炼好的母胶，加入硫化剂、促进剂；
②压上顶栓使胶料升温至70-80℃；
③升上顶栓，保持4-6秒；
④压上顶栓使胶料升温至80-90℃；
⑤升上顶栓，保持4-6秒；
⑥压上顶栓使胶料升温至95-100℃，排胶压片。
物理性能测试
邵A硬度依照GB/T 531.1-2008测定，100％定伸、200％定伸、300％定伸、拉伸强度、扯断伸长率、拉伸永久变形依照GB/T 528-2009测定，撕裂强度依照GB/T 529-2008测定，气密性按照GB/T 1038-2000测定，屈挠疲劳依照GB/T13934-92测定，DMA动态性能测试条件：20HZ，10±2％应变，温度扫描40℃、60℃、80℃。
根据国家标准，对实施例1-6，对比例1分别进行物理性能测试，具体物理性能见下表3。
表3
续表3
通过对比例3-8与对比例1，可以得出结论，环氧化天然胶在气密层中替代天然胶，气密层配方透气系数改善明显，ENR40对气密性的改善比ENR25更加明显，使用20份环氧化程度更高的ENR40替代溴化丁基，透气系数基本上能达到溴化丁基的水平，扯断强力更高，配方疲劳性能未受影响，60℃下损耗因子有所降低，性能满足全钢子午线轮胎气密层胶使用要求。
通过实施例1、对比例9-11与对比例1-2，可以得出结论，在使用20份ENR40替代20天然橡胶的基础上，使用液体丁基再生胶替代环烷油及部分炭黑后，实施例1配方的扯断强力更高，透气系数超过100％溴化丁基配方，而且60℃下损耗因子低于对比例1和2，性能满足全钢子午线轮胎气密层胶使用要求，可以作为高保气、低滚阻、高强力气密层应用于全钢子午线轮胎气密层配方使用。
通过实施例1-4与对比例1-2，可以得出结论：在使用20份ENR40替代20份溴化丁基的基础上，使用液体丁基再生胶替代环烷油和部分炭黑后，实施例3配方的扯断强力更高，透气系数介于对比例3和对比例4之间，而且60℃下损耗因子远低于对比例1和2，性能满足全钢子午线轮胎气密层胶使用要求，适应ENR40替代溴化丁基后，减少了橡胶材料对石油产品的依赖，可作为低成本、高保气、高强力、低生热气密层应用于全钢子午线轮胎中。
以上事实例已对本发明的具体内容进行了详细阐述，但本发明不局限于所述实施例，熟悉本领域的专业技术人员可以通过种种同等替换，如使用不同的活性剂、硫化剂、炭黑、纳米填料原材料配比的更改，这类同等变型或替换均属在本申请要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，该组合物按橡胶组分为100重量份计由包括以下组分的原料混炼制备得到：
溴化丁基橡胶 40-90 份
天然橡胶 10-40 份
环氧化天然橡胶 10-40 份
纳米黏土 10-40份
炭黑 30-80份
油类增塑剂 0-10份
增粘树脂 1.0-6.0份
液体丁基再生胶 2.0-20份
均匀剂 1.0-10份；
所述的环氧化天然橡胶环氧化程度为20%-50%；液体丁基再生胶采用由报废硫化胶囊和或丁基内胎进行高温裂解制得，液体丁基再生胶中橡胶聚合物含量为40-80%，低分子量物质含量5-20%，炭黑含量20-40%，100℃，ML（1+4）门尼值为10-20。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，该组合物按橡胶组分为100重量份计由包括以下组分的原料混炼制备得到：
溴化丁基橡胶 50-80 份
天然橡胶 20-30 份
环氧化天然橡胶 20-30 份
纳米黏土 20-30份
炭黑 40-60份
油类增塑剂 0-6.0份
增粘树脂 2.0-4.0份
液体丁基再生胶 4.0-18份
均匀剂 4.0-7.0份。
3.根据权利要求1或2所述的一种轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，所述的环氧化天然橡胶环氧化程度为35%-45%。
4.根据权利要求1或2所述的一种轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，所述增粘树脂采用传统橡胶用增粘树脂，如对叔丁基增粘树脂，对特辛基增粘树脂，乙炔增粘树脂，乙烯增粘树脂等，优选为对特辛基增粘树脂。
5.根据权利要求1或2所述的一种轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，纳米黏土D50粒径在1微米以下，优选为强微粉或RC15。
6.根据权利要求1或2所述的一种轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，炭黑选用N326、N330、N375、N550、N660、N774等，优选炭黑为N660或N774。
7.根据权利要求1或2所述的一种轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，该组合物的混炼原料还包括以下组分：活性剂1.0-8.0份，促进剂 0.3-1.5份，硫磺 0.3-1.5份；优选，活性剂3.0-6.0份，促进剂 0.5-1.2份，硫磺 0.4-0.8份。
8.根据权利要求7所述的一种轮胎气密层橡胶组合物，其特征在于，活性剂选用氧化锌、硬脂酸。
9.权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种轮胎气密层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：
一、采用切线型密炼机进行塑炼，控制密炼机转子速度50-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度30-50℃；具体包括以下的工艺步骤：
① 加入全部橡胶天然橡胶、环氧化天然橡胶组分，压上顶栓，保持10-20秒；
② 升上顶栓，加入部分炭黑，压上顶栓使胶料升温至120-130℃；
③ 升上顶栓，保持4-6秒，压上顶栓使胶料升温至145-155℃；
④升上顶栓，排胶压片；
二、采用切线型密炼机进行混炼，控制密炼机转子速度50-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度30-50℃；具体包括以下的工艺步骤：
① 加入塑炼胶及剩余橡胶组分、液体丁基再生胶组分，压上顶栓，保持10-20秒；
② 升上顶栓，加入炭黑、软化油、活性剂、防老剂、加工树脂，压上顶栓使胶料升温至90-100℃；
③ 升上顶栓，保持4-6秒，压上顶栓使胶料升温至125-130℃；
④升上顶栓，排胶压片；
三、采用切线型密炼机进行终炼加硫，控制密炼机转子速度20-30rpm，控制上顶栓压力4 .2±0 .2bar，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
① 加入混炼好的母胶，加入硫化剂、促进剂；
② 压上顶栓使胶料升温至70-80℃；
③ 升上顶栓，保持4-6秒；
④ 压上顶栓使胶料升温至80-90℃；
⑤ 升上顶栓，保持4-6秒；
⑥ 压上顶栓使胶料升温至95-100℃，排胶压片。
10.一种轮胎，其特征在于，该轮胎的气密层采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种轮胎气密层橡胶组合物硫化制备得到。
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| CN202310135577.2A CN116199980A (zh) | 2023-02-20 | 2023-02-20 | 一种轮胎气密层橡胶组合物及其混炼方法和轮胎 |
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|---|---|---|---|---|
| CN118006051A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-05-10 | 寿光福麦斯轮胎有限公司 | 一种轮胎气密层用橡胶组合物及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113912955A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-01-11 | 浙江信汇新材料股份有限公司 | 用于密封材料的溴化丁基橡胶组合物及其制备方法 |
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| CN118006051A (zh) * | 2024-04-08 | 2024-05-10 | 寿光福麦斯轮胎有限公司 | 一种轮胎气密层用橡胶组合物及其制备方法 |
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