CN116515182A - 一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的胎面橡胶组合物、混合方法和轮胎 - Google Patents

一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的胎面橡胶组合物、混合方法和轮胎 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轮胎制造技术领域，尤其涉及一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的胎面橡胶组合物、混合方法和轮胎。一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，该橡胶组合物按橡胶组分为100份计由包括以下的组分的原料混炼制备得到：橡胶100phr；改性炭黑30‑80phr；白炭黑0‑50phr；硅烷偶联剂0‑5.0phr；α‑甲基苯乙烯树脂2.0‑15phr；所述的改性炭黑采用炭黑W31，江西黑猫炭黑股份有限公司生产。该橡胶组合物选用一种新型炭黑增强材料，保证橡胶组合物的滚阻与物理性能。再者，对橡胶组合物的模量进行调整优化，确定合适的模量，来改善橡胶组合物的噪音性能，特别是苛刻噪音路面性能。

Description

一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的胎面橡胶组合物、混合方法 和轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎制造技术领域，尤其涉及一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的胎面橡胶组合物、混合方法和轮胎。
背景技术
橡胶加工中，混炼时通常会加入炭黑或白炭黑，作为补强剂来增强橡胶的力学性能，赋予橡胶磁性、导电性、阻燃性、颜色等特殊性能，还有助于提高橡胶加工工艺性（减少半制品收缩率、提高半成品表面平坦性等），降低成本。
在橡胶中加入炭黑，可以使胎面橡胶组合物保持良好的物理性能、耐磨性，但因炭黑与橡胶属凝胶化物理结合，在外力作用下会产生滑移现象，炭黑之间、炭黑与橡胶之间摩擦大，导致橡胶组合物滞后损失比较大，轮胎的滚动阻力会上升。因炭黑维氏硬度较低，导致炭黑被橡胶覆盖，很难裸露在外，所以湿地抓地力也较差。
20世纪50年代，科学家发明了二氧化硅白炭黑，在行业内被称为“绿色填料”。与炭黑相比，滚动阻力更低，湿地抓地力更优。这主要是因白炭黑与橡胶之间通过偶联剂形成化学交联键，使得白炭黑之间、白炭黑与橡胶之间摩擦小，滞后损失小，轮胎的滚动阻力小，但磨耗较差。因极性原因，白炭黑与水的作用很强，与橡胶的作用较弱，同时由于白炭黑维氏硬度更高，在湿路面滑移时，白炭黑表面的橡胶增易被搓掉而使白炭黑裸露在橡胶组合物表面，可以起到刺破水膜增加湿地抓地力的作用。
为了更好的平衡轮胎滚阻性能和磨耗性能，亟需开发一种新型填料来弥补现有填料的不足。除了使用新型填料开发一种兼顾滚阻与磨耗性能的橡胶组合物外，同时还要考虑到胎噪，特别是苛刻路面噪音。
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兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的胎面橡胶组合物，该橡胶组合物选用一种新型炭黑增强材料，保证橡胶组合物的滚阻与物理性能。再者，对橡胶组合物的模量进行调整优化，确定合适的模量，来改善橡胶组合物的噪音性能，特别是苛刻噪音路面性能。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，该橡胶组合物按橡胶组分为100份计由包括以下的组分的原料混炼制备得到：
橡胶 100 phr
改性炭黑 30-80phr
白炭黑 0-50phr
硅烷偶联剂 0-5.0 phr
α-甲基苯乙烯树脂 2.0-15phr
所述的改性炭黑采用炭黑W31，江西黑猫炭黑股份有限公司生产，吸油值大小在100-120*10-5cm3/g，氮吸附表面积在70-90m2/g，吸碘值80-90g/kg，总比表面积75-85*103m2/kg，着色强度95-110%；且该橡胶组合物的M10满足≤0.5Mpa，M300≥8.0Mpa，硬度shore A满足55～60。
作为优选，该橡胶组合物按橡胶组分为100份计由包括以下的组分的原料混炼制备得到：
橡胶 100 phr
改性炭黑 30-50phr
白炭黑 20-50phr
硅烷偶联剂 1.0-4.0 phr
α-甲基苯乙烯树脂 5.0-12 phr。
作为优选，橡胶选自天然橡胶或顺丁橡胶与一种或两种溶聚丁苯橡胶的混合物；天然橡胶或顺丁橡胶10～30phr，溶聚丁苯橡胶70～90phr。
作为优选，顺丁橡胶选用钕系顺丁橡胶，钕系顺丁橡胶满足：重均分子量在380kg/mol＜Mw＜460kg/mol之间。
作为优选，溶聚丁苯橡胶选用两种溶聚丁苯橡胶并用，溶聚丁苯1橡胶需满足；溶聚丁苯橡胶中苯乙烯所占溶聚丁苯的百分比S，满足30%＜S＜42%，溶聚丁苯2橡胶需满足；溶聚丁苯橡胶中苯乙烯所占溶聚丁苯的百分比S，满足S＞40%；。
作为优选，白炭黑的吸油值大小在2-3.5cm3/g，氮吸附表面积在150-170m2/g。
作为优选，硅烷偶联剂选用双-[γ-(三乙氧基硅)丙基] 四硫化物。
作为优选，该橡胶组合物还包括充油硫磺粉、硫化促进剂、氧化锌、微晶蜡、环保油、硬脂酸、防老剂中的一种或多种；优选，充油硫磺粉1.0-2.5 phr，硫化促进剂1.0-5.0phr，氧化锌1.0～4.0 phr，微晶蜡1.0 -4.0phr，环保油2-10phr，硬脂酸1.5～4.0 phr和防老剂2.0～5.0 phr；再优选，防老剂选用防老剂TMQ 1.0-2.0 phr，防老剂6PPD2.0-4.0phr；硫化促进剂选用促进剂NS，充油硫磺粉充油10%。
进一步，本发明还公开了所述的橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
1）混炼段：采用串联式密炼机，密炼机转子速度可控10-55rpm；
串联上位机母胶工艺：加入橡胶、炭黑W31、白炭黑和除硫磺和促进剂以外的其他原料，压上顶栓30-45秒，使温度达到110-125℃之间；提上顶栓加入环保油再次加压到145℃-148℃；在145℃-148℃恒温控制30-60秒排胶；
2）串联下位机母胶工艺：接收上位机胶料后使温度上升到145℃-148℃；在145℃-148℃恒温控制120-160秒排胶；胶后采用双螺杆挤出机出片，得到母胶；
3）终炼段：采用F370剪切密炼机，转子转速20-35rpm，所有密炼机上顶栓压力45-60N/cm2，密炼机冷却水温度控制在30-45℃之间；准确称量由串联密炼机获得的母胶投入密炼机，同步投入对应比例硫磺和促进剂；加压30-60秒，提上顶栓让胶料进行翻转；再次压上顶栓是温度上升到95-105℃；排胶到双螺杆挤出机出片，得到橡胶组合物。
进一步，本发明还公开了一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎，该轮胎的胎面采用所述的橡胶组合物硫化制备得到。
本发明由于采用了上述的技术方案，该橡胶组合物选用一种新型炭黑作为增强材料，保证橡胶组合物的滚阻与物理性能。再者，通过研究我们发现，噪音主要受小应变模量的影响，小应变模量越小噪音越低，而操控主要受较大应变模量的影响，大应变模量越大操控越好。为此，本申请对橡胶组合物的模量进行调整优化，确定合适的模量，来改善橡胶组合物的噪音性能，特别是苛刻噪音路面性能。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，将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，都属于本发明保护范围。
对比例与实施例1～5，如表1所示。
表1中橡胶组合物均通过同一混炼方法，混炼方法如下：
1）混炼段：采用串联式密炼机，密炼机转子速度可控10-55rpm(转/分)；
串联上位机母胶工艺：加入橡胶、W31炭黑、白炭黑和除环保油、硫磺和促进剂意外的其他原料，压上顶栓30-45秒，使温度达到110-125℃之间；提上顶栓加入环保油再次加压到145℃-148℃；在145℃-148℃恒温控制30-60秒排胶；
串联下位机母胶工艺：接收上位机胶料后使温度上升到145℃-148℃；在145℃-148℃恒温控制120-160秒排胶；胶后采用双螺杆挤出机出片；
得到母胶；
2）终炼段：采用F370剪切密炼机，转子转速20-35rpm可控，所有密炼机上顶栓压力45-60N/cm2，密炼机冷却水温度控制在30-45℃之间；准确称量由串联密炼机获得的母胶投入F370密炼机，同步投入对应比例硫磺和促进剂；加压30-60秒，提上顶栓让胶料进行翻转；再次压上顶栓是温度上升到95-105℃；排胶到双螺杆挤出机出片，得到橡胶组合物。
胎面橡胶组合物的物理性能按照国标通用方法实施。
轮胎噪音测试：使用西门子LMS声振采集系统进行客观测试
轮胎磨耗测试：杭州市内出租车路试，行驶6万公里后，回收轮胎，根据磨损情况，推测轮胎实际磨耗。
轮胎滚阻和噪音的测试：轮胎的滚阻按照ISO2850测试，在表中，以对比例1的滚阻和噪音结果为100，其余组别轮胎按照与对比例1的百分比打分；分值越高，代表该项性能越好。
表1对比例与实施例1～5的配方和性能测试对比
橡胶组合物 参考例 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
溶聚丁苯1 68.75 68.75 68.75 68.75 68.75 68.75 68.75 68.75 68.75 68.75
溶聚丁苯2 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5 37.5
天然橡胶 20 20
钕系顺丁橡胶 20 20 20 20 20 20 20 20
N234炭黑 75 40
W31炭黑 20 40 75 40 60 75 40
白炭黑 75 35 55 35 35 20 35
双-[γ-(三乙氧基硅)丙基] 四硫化物 7.0 3.0 4.7 3.0 3.0 2.0 3.0
α-甲基苯乙烯树脂 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0
氧化锌 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
硬脂酸 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
防老剂TMQ 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2 1.2
防老剂6PPD 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
促进剂NS 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5
充油硫磺粉 2.3 2.3 2.3 1.7 2.3 2.3 1.7 1.7 2.3 1.7
环保油 2.0 2.0 2.0 2.0 6.0 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0
M10 0.66 0.73 0.69 0.68 0.59 0.42 0.45 0.43 0.46 0.50
M300 7.9 9.2 8.8 8.9 8.5 8.0 8.4 8.3 8.2 8.3
硬度(shore A) 65 69 66 67 63 62 59 60 60 61
轮胎噪音 100 94 98 96 102 107 109 109 108 106
轮胎滚阻 100 113 106 109 105 107 109 108 106 110
轮胎磨耗 100 86 88 86 86 94 96 90 87 86
其中表1中的原料来源如下：
天然橡胶：越南产品
溶聚丁苯1：LG化学有限公司，充油37.5phr，溶聚丁苯橡胶中苯乙烯所占溶聚丁苯的百分比S，满足30%＜S＜42%；
溶聚丁苯2：瑞翁株式会社产品，充油25phr，溶聚丁苯橡胶中苯乙烯所占溶聚丁苯的百分比S，满足S＞40%；
钕系顺丁：波兰Synthos公司产品，重均分子量在380kg/mol＜Mw＜460kg/mol之间；
N234炭黑：上海卡博尔化工有限公司产品；
W31炭黑：江西黑猫炭黑股份有限公司产品，吸油值大小在100-120*10-5cm3/g，氮吸附表面积在70-90m2/g，吸碘值80-90g/kg，总比表面积75-85*103m2/kg，着色强度95-110%；
白炭黑：福建三明正元化工有限公司产品，白炭黑的吸油值大小在2-3.5cm3/g，氮吸附表面积在150-170m2/g；
双-[γ-(三乙氧基硅)丙基] 四硫化物：江西宏柏新材料股份有限公司产品；
α-甲基苯乙烯树脂：科腾化学公司产品，其分子量分布满足4＜Mw/Mn＜5；
其他未声明原料为市场采购。
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 (10)

1.一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物按橡胶组分为100份计由包括以下的组分的原料混炼制备得到：
橡胶 100 phr
改性炭黑 30-80phr
白炭黑 0-50phr
硅烷偶联剂 0-5.0 phr
α-甲基苯乙烯树脂 2.0-15 phr
所述的改性炭黑采用炭黑W31，江西黑猫炭黑股份有限公司生产，吸油值大小在100-120*10-5cm3/g，氮吸附表面积在70-90m2/g，吸碘值80-90g/kg，总比表面积75-85*103m2/kg，着色强度95-110%；且该橡胶组合物的M10满足≤0.5Mpa， M300≥8.0Mpa，硬度shore A满足55～60。
2.根据权利要求1所述的一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物按橡胶组分为100份计由包括以下的组分的原料混炼制备得到：
橡胶 100 phr
改性炭黑 30-50phr
白炭黑 20-50phr
硅烷偶联剂 1.0-4.0 phr
α-甲基苯乙烯树脂 5.0-12 phr。
3.根据权利要求1或2所述的一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，橡胶选自天然橡胶或顺丁橡胶与一种或两种溶聚丁苯橡胶的混合物；天然橡胶或顺丁橡胶10～30phr，溶聚丁苯橡胶70～90phr。
4.根据权利要求3所述的一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，顺丁橡胶选用钕系顺丁橡胶，钕系顺丁橡胶满足：重均分子量在380kg/mol＜Mw＜460kg/mol之间。
5.根据权利要求3所述的一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，溶聚丁苯橡胶选用两种溶聚丁苯橡胶并用，溶聚丁苯1橡胶需满足；溶聚丁苯橡胶中苯乙烯所占溶聚丁苯的百分比S，满足30%＜S＜42%，溶聚丁苯2橡胶需满足；溶聚丁苯橡胶中苯乙烯所占溶聚丁苯的百分比S，满足S＞40%。
6.根据权利要求1或2所述的一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，白炭黑的吸油值大小在2-3.5cm3/g，氮吸附表面积在150-170m2/g。
7.根据权利要求1或2所述的一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，硅烷偶联剂选用双-[γ-(三乙氧基硅)丙基] 四硫化物。
8.根据权利要求1或2所述的一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物还包括充油硫磺粉、硫化促进剂、氧化锌、微晶蜡、环保油、硬脂酸、防老剂中的一种或多种；优选，充油硫磺粉1.0-2.5 phr，硫化促进剂1.0-5.0 phr，氧化锌1.0～4.0 phr，微晶蜡1.0 -4.0phr，环保油2-10phr，硬脂酸1.5～4.0 phr和防老剂2.0～5.0 phr；再优选，防老剂选用防老剂TMQ 1.0-2.0 phr，防老剂6PPD 2.0-4.0 phr；硫化促进剂选用促进剂NS，充油硫磺粉充油10%。
9.权利要求1-8任意一项权利要求所述的橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：
混炼段：采用串联式密炼机，密炼机转子速度可控10-55rpm；
串联上位机母胶工艺：加入橡胶、炭黑W31、白炭黑和除硫磺和促进剂以外的其他原料，压上顶栓30-45秒，使温度达到110-125℃之间；提上顶栓加入环保油再次加压到145℃-148℃；在145℃-148℃恒温控制30-60秒排胶；
串联下位机母胶工艺：接收上位机胶料后使温度上升到145℃-148℃；在145℃-148℃恒温控制120-160秒排胶；胶后采用双螺杆挤出机出片，得到母胶；
终炼段：采用F370剪切密炼机，转子转速20-35rpm，所有密炼机上顶栓压力45-60N/cm2，密炼机冷却水温度控制在30-45℃之间；准确称量由串联密炼机获得的母胶投入密炼机，同步投入对应比例硫磺和促进剂；加压30-60秒，提上顶栓让胶料进行翻转；再次压上顶栓是温度上升到95-105℃；排胶到双螺杆挤出机出片，得到橡胶组合物。
10.一种兼顾低噪音、低滚阻且耐磨的轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的橡胶组合物硫化制备得到。
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