CN116333381A - 一种胎面橡胶材料、其制备方法及应用 - Google Patents

一种胎面橡胶材料、其制备方法及应用 Download PDF

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CN116333381A CN202310109191.4A CN202310109191A CN116333381A CN 116333381 A CN116333381 A CN 116333381A CN 202310109191 A CN202310109191 A CN 202310109191A CN 116333381 A CN116333381 A CN 116333381A
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Abstract

本发明提供了一种胎面橡胶材料、其制备方法及应用。按重量份计，该胎面橡胶材料包括：天然橡胶70～100份，超耐磨炭黑40～55份，低结构高耐磨炭黑2～10份，硬脂酸1～3份，氧化锌2.5～3.5份，防老剂2～5份，促进剂0.6～1.5份，硫磺1.0～1.8份。本发明的胎面橡胶材料能够较好地兼顾高耐磨性、耐生热、抗撕裂、长寿命和不良路况通过性。

Description

一种胎面橡胶材料、其制备方法及应用
技术领域
本发明涉及全钢子午线轮胎胶料技术领域，具体而言，涉及一种胎面橡胶材料、其制备方法及应用。
背景技术
目前随着客户需求增加及市场竞争性提升，全钢无内胎高端产品层出不穷，磨耗是新产品宣传最大卖点，国内总里程40～50万公里的产品已推出市场。高耐磨产品往往在胎面配方设计上采用超耐磨炭黑加并用顺丁胶来满足高里程要求，但是使用超耐磨炭黑会造成分散困难及生热增加，而且并用顺丁胶可能给胎面胶的不良路况通过性造成负面影响，无法满足多变的市场环境。
CN104987553A公开了一种全钢胎面胶料及其制备方法，该胶料以重量份计，包括下述组分：顺式1,4-聚异戊二烯橡胶65～85份，钕系高顺式聚丁二烯15～35份，炭黑V9H 40～50份，防老剂40202份，防老剂RD2份，防护蜡2份，增塑剂1～2份，硫磺1.8份，促进剂1.0份，纳米氧化锌3.0份，硬脂酸2.0份。该发明制得的胶料具有生热低，耐磨性能好等优点，但炭黑品种未使用超高耐磨炭黑，且用量不高，耐磨性达不到理想水平，仍需要进一步提升。
CN107216499A公开了一种全钢超耐磨胎面胶配方胶料及其制备方法，其首先将天然橡胶、合成橡胶、反式异戊二烯、炭黑、白炭黑，防老剂、增塑剂、氧化锌和硬脂酸投入到密炼机中，经过三段母炼得到三段母炼胶，再投入硫磺、促进剂和防焦剂进行终炼，得到全钢超耐磨胎面胶胶料。该发明制得的胶料采用三段母胶加一段终炼，一共四段生产，生产周期长，胶料受热历程长，对天然胶为主的胶料性能不利，有必要减少混炼段数，提升胶料性能。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种胎面橡胶材料、其制备方法及应用，以解决现有技术中全钢胎面用胶料难以兼顾高耐磨性、耐生热、抗撕裂、长寿命和不良路况通过性的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种胎面橡胶材料，按重量份计，该胎面橡胶材料包括：天然橡胶70～100份，超耐磨炭黑40～55份，低结构高耐磨炭黑2～10份，硬脂酸1～3份，氧化锌2.5～3.5份，防老剂2～5份，促进剂0.6～1.5份，硫磺1.0～1.8份。
进一步地，超耐磨炭黑的吸碘值为120～160g/kg，DBP吸收值大于等于110×10- 5m3/kg。
进一步地，低结构高耐磨炭黑的吸碘值为60～90g/kg，DBP吸收值为60×10-5～100×10-5m3/kg。
进一步地，胎面橡胶材料还包括顺丁橡胶；按重量份计，优选所述胎面橡胶材料还包括10～30份的所述顺丁橡胶；更优选所述顺丁橡胶为门尼值为55以上的钕系顺丁橡胶。
进一步地，胎面橡胶材料还包括抗撕裂树脂；按重量份计，优选所述胎面橡胶材料还包括1～3份的所述抗撕裂树脂，更优选还包括1～2份的所述抗撕裂树脂；进一步优选所述抗撕裂树脂为双环戊二烯树脂。
进一步地，按重量份计，所述胎面橡胶材料包括：所述天然橡胶80～90份，超耐磨炭黑40～50份，低结构高耐磨炭黑2～10份，所述硬脂酸2～3份，所述氧化锌2.8～3.2份，所述防老剂2.5～3.5份，所述促进剂0.8～1.4份，硫磺1.0～1.6份；优选所述低结构高耐磨炭黑为3～8份。
进一步地，防老剂为防老剂4020，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂，优选所述次磺酰胺类促进剂为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种上述的胎面橡胶材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：
S1，将第一部分超耐磨炭黑和天然橡胶混合，得到第一混料，将所述第一混料进行一段混炼处理，得到第一混炼胶；
S2，将所述第一混炼胶与第二部分超耐磨炭黑、低结构高耐磨炭黑、氧化锌、防老剂、硬脂酸混合，得到第二混料，将所述第二混料进行第二混炼处理，得到第二混炼胶；
S3，将所述第二混炼胶进行终炼处理，得到所述胎面橡胶材料。
进一步地，第一混料还包括顺丁橡胶；优选所述第二混料还包括抗撕裂树脂。
进一步地，第一部分超耐磨炭黑与所述第二部分超耐磨炭黑的重量比为3～5:1。
进一步地，第一混炼处理包括：将所述第一混料加入密炼机，转速为40～50r/min，压上顶栓混炼20～40s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～40s，升上顶栓，压上顶栓混炼10～30s，然后排胶；优选排胶温度为150～170℃；
所述第二混炼处理包括：将所述第二混料加入密炼机，转速为40～50r/min，压上顶栓混炼20～40s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～40s，升上顶栓，其次将转速降至30～40r/min，压上顶栓混炼10～30s，然后排胶，得到中间产品；优选排胶温度为145～160℃；其次将所述中间产品在开炼机上进行低温炼胶处理，辊距为0.8～1.5mm，低温混炼时间为10～15min，温度为90～120℃；
所述终炼处理包括：将所述第二混炼胶加入密炼机，转速为15～25r/min，压上顶栓混炼20～50s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～50s，升上顶栓，压上顶栓混炼15～40s，升上顶栓，然后排胶；优选排胶温度为95～110℃。
根据本发明的另一方面，提供了一种轮胎，其胎面材料为上述的胎面橡胶材料。
应用本发明的技术方案，提供了一种高耐磨、长里程的胎面橡胶材料。其配方中采用了超耐磨炭黑和低结构高耐磨炭黑并用的技术方案，有效地降低了填料的自身聚集现象，从而降低了胶料的自身生热量。采用本发明的胎面胶能够保持优异的耐磨性，生热性明显提升。本发明的胎面橡胶材料尤其适用于全钢无内胎中长途标载产品。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
为了解决上述的现有技术中的问题，根据本发明的一方面，提供了一种胎面橡胶材料，按重量份计，胎面橡胶材料包括：天然橡胶70～100份，超耐磨炭黑40～55份，低结构高耐磨炭黑2～10份，硬脂酸1～3份，氧化锌2.5～3.5份，防老剂2～5份，促进剂0.6～1.5份，硫磺1.0～1.8份。
应用本发明的技术方案，提供了一种高耐磨、长里程的胎面橡胶材料。其配方中采用了超耐磨炭黑和低结构高耐磨炭黑并用的技术方案，有效地降低了填料的自身聚集现象，从而降低了胶料的自身生热量。采用本发明的胎面胶能够保持优异的耐磨性，生热性明显提升。本发明的胎面橡胶材料尤其适用于全钢无内胆中长途标载产品。
具体而言，在本发明的胎面橡胶材料中，超耐磨炭黑作为炭黑中的主要添加组分，起到了保证胶料高耐磨性能的作用；与此同时，并用的少量的低结构高耐磨炭黑起到了降低填料的自身聚集、降低胶料自身生热、提高抗撕裂性能的作用。本发明的胎面橡胶材料配方中，超耐磨炭黑和低结构高耐磨炭黑的用量为发明人对于产品的耐磨性、生热性能等参数综合研究考虑而确定，若超耐磨炭黑的用量高于上述给定范围，则易导致填料分散困难、生热增加；反之若低于给定范围则耐磨性能难以达到预期的使用需求。同样地，若低结构高耐磨炭黑的用量高于上述给定范围，则磨耗性能下降；反之，则难以有效地解决分散性问题，进而无法有效解决其生热问题，同时也无法有效地提高其抗撕裂性能。
在一种优选的实施方式中，超耐磨炭黑的吸碘值为120～160g/kg，DBP吸收值大于等于110×10-5m3/kg。优选上述的超耐磨炭黑，更加有利于提高磨耗性能。
在一种优选的实施方式中，低结构高耐磨炭黑的吸碘值为60～90g/kg，DBP吸收值为60×10-5～100×10-5m3/kg。优选上述的低结构高耐磨炭黑，更加有利于降低生热，提高炭黑的分散性。
为了进一步提升胎面橡胶材料的耐磨性能和生热性能，在一种优选的实施方式中，胎面橡胶材料还包括顺丁橡胶；按重量份计，优选胎面橡胶材料还包括10～30份的顺丁橡胶；更优选顺丁橡胶为门尼值为55以上的钕系顺丁橡胶。所优选的门尼值为55以上的钕系顺丁橡胶具有低生热、耐磨耗性能好的优点。
在一种优选的实施方式中，胎面橡胶材料还包括抗撕裂树脂；按重量份计，优选胎面橡胶材料还包括1～3份的抗撕裂树脂，更优选还包括1～2份的抗撕裂树脂；进一步优选抗撕裂树脂为双环戊二烯树脂。优选的上述树脂具有软化点高、稳定性强的特点，其增粘效果好，更加有利于改善胎面橡胶材料的抗撕裂性能和加工性能。
为了进一步改善胎面橡胶材料的综合性能，在一种优选的实施方式中，按重量份计，胎面橡胶材料包括：天然橡胶80～90份，超耐磨炭黑40～50份，低结构高耐磨炭黑2～10份，硬脂酸2～3份，氧化锌2.8～3.2份，防老剂2.5～3.5份，促进剂0.8～1.4份，硫磺1.0～1.6份；优选低结构高耐磨炭黑为3～8份。
在一种优选的实施方式中，防老剂为防老剂4020，促进剂为次磺酰胺类促进剂，优选次磺酰胺类促进剂为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺。优选该种促进剂(CZ)，更加有利于提高胎面橡胶材料的抗焦烧性能，使其加工更加安全、硫化速度快。
根据本发明的另一方面，还提供了一种上述的胎面橡胶材料的制备方法，其制备方法包括以下步骤：S1，将第一部分超耐磨炭黑和天然橡胶混合，得到第一混料，将第一混料进行一段混炼处理，得到第一混炼胶；S2，将第一混炼胶与第二部分超耐磨炭黑、低结构高耐磨炭黑、氧化锌、防老剂、硬脂酸混合，得到第二混料，将第二混料进行第二混炼处理，得到第二混炼胶；S3，将第二混炼胶进行终炼处理，得到胎面橡胶材料。
应用本发明的技术方案，制备得到了一种高耐磨、长里程的胎面橡胶材料。其采用了超耐磨炭黑和低结构高耐磨炭黑并用的技术方案，有效地降低了填料的自身聚集现象，从而降低了胶料的自身生热量。在加工工艺的方面，本发明的制备方法将炼胶分为多段，其中第一段混炼处理可以使部分的超耐磨炭黑和天然橡胶进行“预分散”，这进一步改善了炭黑在胶料中的分散性。采用本发明的胎面胶能够保持优异的耐磨性，生热性明显提升。本发明的胎面橡胶材料尤其适用于全钢无内胆中长途标载产品。
为了进一步提升胎面橡胶材料的抗撕裂性能、生热性能和耐磨损性能，在一种优选的实施方式中，第一混料还包括顺丁橡胶；优选第二混料还包括抗撕裂树脂。
为了进一步提升炭黑在胶料中的分散性，在一种优选的实施方式中，第一部分超耐磨炭黑与第二部分超耐磨炭黑的重量比为3～5:1。
为了进一步提升胎面橡胶材料的综合性能，在一种优选的实施方式中，第一混炼处理包括：将第一混料加入密炼机，转速为40～50r/min，压上顶栓混炼20～40s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～40s，升上顶栓，压上顶栓混炼10～30s，然后排胶；优选排胶温度为150～170℃；
第二混炼处理包括：将第二混料加入密炼机，转速为40～50r/min，压上顶栓混炼20～40s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～40s，升上顶栓，其次将转速降至30～40r/min，压上顶栓混炼10～30s，然后排胶，得到中间产品；优选排胶温度为145～160℃；其次将中间产品在开炼机上进行低温炼胶处理，辊距为0.8～1.5mm，低温混炼时间为10～15min，温度为90～120℃；
终炼处理包括：将第二混炼胶加入密炼机，转速为15～25r/min，压上顶栓混炼20～50s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～50s，升上顶栓，压上顶栓混炼15～40s，升上顶栓，然后排胶；优选排胶温度为95～110℃。
本发明在第二混炼处理中优选地采用了低温生产工艺，更加有利于提高胶料中各组分的分散性，减少高温氧化断链对于胶料的破坏。
在实际的操作中，优选地，每一段的胶料间停放时间大于等于8h，优选上述条件更加有利于保证胶料充分地完成应力松弛以及使各组分均与地分散。
在实际的操作中，优选地，第一混练处理在F370密炼机中进行，第二混炼处理在XM305密炼机中进行，终炼处理在F305密炼机中进行。以上设备为本领域技术人员根据生产实际进行优选的一种典型举例，不应理解为对于制备工艺的额外限定。
在实际的操作中，本领域技术人员可根据本技术领域的公知常识对于下片、冷却建垛的工艺进行常规设置。
根据本发明的另一方面，提供了一种轮胎，其胎面材料为上述的胎面橡胶材料。本发明提供的轮胎具有高耐磨、适用于高里程、抗撕裂的优秀性能。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
实施例1～5的材料配方如表1所示。
表1
Figure BDA0004077734290000051
Figure BDA0004077734290000061
实施例1～5的制备方法如下：
一段混炼胶：将F370密炼机转速调至45转/分，将第一混料加入，压上顶栓混炼40秒，升上顶清扫，压上顶栓，混炼30秒，升上顶栓，压上顶栓混炼20秒，开卸料门排胶，控制排胶温度155～165℃；开炼机下片，冷却建垛；
二段混炼胶：将XM305密炼机转速调至45转/分，将第二混料加入，压上顶栓混炼35秒，升上顶栓清扫，压上顶栓混炼30秒，升上顶栓，转速降至40转/分，压上顶栓混炼25秒，开卸料门排胶，控制排胶温度145～155℃；排胶后在开炼机上低温炼胶，辊距0.8～1.5mm，混炼10～15min，开炼机下片，冷却建垛；
终炼胶：将F305密炼机转速调至20转/分，将第二混炼胶加入，压上顶栓混炼40秒，升上顶栓清扫，压上顶栓混炼35秒，升上顶栓，压上顶栓混炼30秒，升上顶栓，开卸料门排胶，控制排胶温度95～110℃；开炼机下片，冷却建垛；
其中，第一混料中第一部分超耐磨炭黑与第二混料中第二部分超耐磨炭黑的重量比为3～5。
实施例6
与实施例1的配方相同，区别仅在于，实施例6中第二混炼处理时转速降低5转/分，第一步压上顶栓混炼时间增加5秒。
实施例7
与实施例1的配方相同，区别仅在于，实施例7中第二混炼处理时取消开炼机低温炼胶过程。
对比例1～3的材料配方如表2所示：
表2
Figure BDA0004077734290000062
Figure BDA0004077734290000071
测试方法：
1、门尼粘度及门尼焦烧测试方法：GB/T 1232.1-2016；
2、拉伸性能测试方法：GB/T 528-2009；
3、硬度测试方法：GB/T 531.1-2008；
4、回弹测试方法：GB/T 1681-2009；
5、磨耗测试方法：GB/T 9867-2008、GB-T1689-2014。
实施例1～7及对比例1～3的测试结果如表3所示：
表3
Figure BDA0004077734290000072
表3续
Figure BDA0004077734290000073
Figure BDA0004077734290000081
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
本发明提供的全钢胎面能够有效地提高胎面的耐久性能，同时兼顾不良路况的通过性，提高轮胎的使用寿命。本发明的胎面胶料具有良好的耐撕裂、耐磨性能，且其生热性能优秀。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种胎面橡胶材料，其特征在于，按重量份计，所述胎面橡胶材料包括：天然橡胶70～100份，超耐磨炭黑40～55份，低结构高耐磨炭黑2～10份，硬脂酸1～3份，氧化锌2.5～3.5份，防老剂2～5份，促进剂0.6～1.5份，硫磺1.0～1.8份。
2.根据权利要求1所述的胎面橡胶材料，其特征在于，所述超耐磨炭黑的吸碘值为120～160g/kg，DBP吸收值大于等于110×10-5m3/kg。
3.根据权利要求1或2所述的胎面橡胶材料，其特征在于，所述低结构高耐磨炭黑的吸碘值为60～90g/kg，DBP吸收值为60×10-5～100×10-5m3/kg。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的胎面橡胶材料，其特征在于，所述胎面橡胶材料还包括顺丁橡胶；按重量份计，优选所述胎面橡胶材料还包括10～30份的所述顺丁橡胶；
更优选所述顺丁橡胶为门尼值为55以上的钕系顺丁橡胶。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的胎面橡胶材料，其特征在于，所述胎面橡胶材料还包括抗撕裂树脂；按重量份计，优选所述胎面橡胶材料还包括1～3份的所述抗撕裂树脂，更优选还包括1～2份的所述抗撕裂树脂；进一步优选所述抗撕裂树脂为双环戊二烯树脂。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的胎面橡胶材料，其特征在于，按重量份计，所述胎面橡胶材料包括：所述天然橡胶80～90份，所述超耐磨炭黑40～50份，所述低结构高耐磨炭黑2～10份，所述硬脂酸2～3份，所述氧化锌2.8～3.2份，所述防老剂2.5～3.5份，所述促进剂0.8～1.4份，所述硫磺1.0～1.6份；优选所述低结构高耐磨炭黑为3～8份。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的胎面橡胶材料，其特征在于，所述防老剂为防老剂4020，所述促进剂为次磺酰胺类促进剂，优选所述次磺酰胺类促进剂为N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺。
8.一种权利要求1至7中任一项所述的胎面橡胶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
S1，将第一部分超耐磨炭黑和天然橡胶混合，得到第一混料，将所述第一混料进行一段混炼处理，得到第一混炼胶；
S2，将所述第一混炼胶与第二部分超耐磨炭黑、低结构高耐磨炭黑、氧化锌、防老剂、硬脂酸混合，得到第二混料，将所述第二混料进行第二混炼处理，得到第二混炼胶；
S3，将所述第二混炼胶进行终炼处理，得到所述胎面橡胶材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一混料还包括顺丁橡胶；优选所述第二混料还包括抗撕裂树脂。
10.根据权利要求8或9所述的制备方法，其特征在于，所述第一部分超耐磨炭黑与所述第二部分超耐磨炭黑的重量比为(3～5):1。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一混炼处理包括：将所述第一混料加入密炼机，转速为40～50r/min，压上顶栓混炼20～40s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～40s，升上顶栓，压上顶栓混炼10～30s，然后排胶；优选排胶温度为150～170℃；
所述第二混炼处理包括：将所述第二混料加入密炼机，转速为40～50r/min，压上顶栓混炼20～40s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～40s，升上顶栓，其次将转速降至30～40r/min，压上顶栓混炼10～30s，然后排胶，得到中间产品；优选排胶温度为145～160℃；其次将所述中间产品在开炼机上进行低温炼胶处理，辊距为0.8～1.5mm，低温混炼时间为10～15min，温度为90～120℃；
所述终炼处理包括：将所述第二混炼胶加入密炼机，转速为15～25r/min，压上顶栓混炼20～50s，升上顶清扫，压上顶栓混炼20～50s，升上顶栓，压上顶栓混炼15～40s，升上顶栓，然后排胶；优选排胶温度为95～110℃。
12.一种轮胎，其特征在于，所述轮胎的胎面材料为权利要求1至7中任一项所述的胎面橡胶材料。
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