CN116693948A - 一种轮胎胎面橡胶组合物 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种轮胎胎面橡胶组合物，包括：50‑80重量份的天然橡胶；20‑50重量份的溶聚丁苯橡胶；5‑40重量份的低滞后炭黑；5‑50重量份的高比表面积白炭黑；0.5‑5重量份的超级硅烷偶联剂；1‑3重量份的硬脂酸；1‑5重量份的氧化锌；0.2‑1重量份的橡胶低滚阻改性剂；1‑2.5重量份的微晶蜡；1.5‑3.5重量份的防老剂6PPD；0.5‑2重量份的防老剂TMQ；1‑2重量份的充油硫磺粉；1.5‑2.5重量份的促进剂NS；0.2‑1重量份的促进剂D。本申请所提出的轮胎胎面橡胶组合物生产的产品综合机械性能高，50‑80℃的tanδ值低，轮胎滚动阻力低。
Description
技术领域
本申请涉及轮胎的技术领域，具体为一种轮胎胎面橡胶组合物。
背景技术
汽车已成为人类日常生活中不可缺少的一部分，也是工业、农业、运输业以及新型产业不可缺少的重要工具。作为唯一与地面接触的零部件，轮胎是汽车几万个零件中最重要的部分之一。进入20世纪90年代，最具代表性的新一代子午线轮胎，即绿色、节能、安全、环保轮胎出现。1992年，法国米其林轮胎公司率先将绿色轮胎投入市场，按其标准，绿色轮胎比普通子午线轮胎降低滚动阻力22％～24％，对轿车节省燃料3％～5％，对载重汽车节省燃料6％～8％。如果全世界的车辆都使用绿色轮胎，每年可节省200亿升燃油、减少5000万吨二氧化碳排放。因此，欧盟、美国、日本、韩国等发达国家推行绿色轮胎标签法规，走在世界轮胎前面。在经济全球化，轮胎市场国际化的大潮中，“绿色轮胎”即：低滚动阻力轮胎已成为轮胎发展的主流。
轮胎滚动阻力下降5-7％，汽车的耗油量可下降1-2％，作为轮胎最重的胶料部件胎面与地面直接接触同时分担着轮胎45-60％的滚阻动阻力。通常我们用动态粘弹普仪的50-80℃的tanδ值来简便表征轮胎的滚动阻力，其值低表征滚阻就低，反之滚阻就高。
近些年，为降胎面胶的滚动阻力，半钢子午线轮胎胎面胶中使用了改性溶聚丁苯胶、天然橡胶、改性填料、超级硅烷、改性助剂等，但全钢子午线轮胎胎面配方中很少应用，原因是全钢轮胎的高载荷和使用路况复杂，胎面胶料需要综合机械性能高，单一使用以上材料后胶料性能都存在一定缺陷，很难保证以上性能的基础上降低轮胎的滚动阻力。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提出一种轮胎胎面橡胶组合物。
该轮胎胎面橡胶组合物包括:
50-80重量份的天然橡胶；20-50重量份的溶聚丁苯橡胶；5-40重量份的低滞后炭黑；5-50重量份的高比表面积白炭黑；0.5-5重量份的超级硅烷偶联剂；1-3重量份的硬脂酸；1-5重量份的氧化锌；0.2-1重量份的橡胶低滚阻改性剂；1-2.5重量份的微晶蜡；1.5-3.5重量份的防老剂6PPD；0.5-2重量份的防老剂TMQ；1-2重量份的充油硫磺粉；1.5-2.5重量份的促进剂NS；0.2-1重量份的促进剂D。
在一些实施例中，橡胶主料的总重量份为100，其包括50-80重量份的天然橡胶和20-50重量份的溶聚丁苯橡胶。
在一些实施例中，所述溶聚丁苯橡胶的重量份为25-40，所述溶聚丁苯橡胶为苯乙烯-丁二烯共聚物制得，其中苯乙烯的含量为0-30％，丁二烯的含量为10-20％，玻璃化温度约为-60℃。
在一些实施例中，所述低滞后炭黑的重量份为10-30，所述低滞后炭黑的吸碘值在110g/kg-150g/kg之间。
在一些实施例中，所述高比表面积白炭黑的重量份为10-40，所述高比表面积白炭黑的氮吸附比表面积在190-240m2/g之间，二氧化硅含量在90％以上。
在一些实施例中，所述超级硅烷偶联剂的重量份为1-4。
在一些实施例中，所述橡胶低滚阻改性剂的重量份为0.5-2。
在一些实施例中，轮胎胎面橡胶组合物还包括：
1-3重量份的增塑剂。
在一些实施例中，轮胎胎面橡胶组合物还包括：
0.5-2重量份的填充剂。
在一些实施例中，轮胎胎面橡胶组合物还包括：
0.1-1重量份的抗氧剂。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
本申请采用50-80重量份的天然橡胶和20-50重量份的溶聚丁苯橡胶的橡胶主料，溶聚丁苯橡胶中的苯乙烯-丁二烯共聚物的分子链末端和/或链段中存在有利于和白炭黑填料结合的基团，其作用可以帮助白炭黑在橡胶中的分散，提升白炭黑和橡胶的作用力；加入吸碘值在110-～150g/kg的低滞后炭黑，分散效果更好，提高产品耐磨性，并降低产品生热；硅烷偶联剂具有连接白炭黑和橡胶分子链的作用，并使胶料可以在高温混炼，可以得到更好填料分散性和挤出工艺性能；增塑剂能够提高橡胶的可塑性和加工性能；填充剂，如硅酸钙、膨润土等，能够改善橡胶的物理性能和增加轮胎的稳定性；抗氧剂能够延缓橡胶老化过程，提高轮胎的使用寿命；综上，并通过试验验证可得，本申请所提出的轮胎胎面橡胶组合物生产的产品综合机械性能高，50-80℃的tanδ值低，轮胎滚动阻力低。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
如背景技术中所述，汽车已成为人类日常生活中不可缺少的一部分，也是工业、农业、运输业以及新型产业不可缺少的重要工具。作为唯一与地面接触的零部件，轮胎是汽车几万个零件中最重要的部分之一。进入20世纪90年代，最具代表性的新一代子午线轮胎，即绿色、节能、安全、环保轮胎出现。1992年，法国米其林轮胎公司率先将绿色轮胎投入市场，按其标准，绿色轮胎比普通子午线轮胎降低滚动阻力22％～24％，对轿车节省燃料3％～5％，对载重汽车节省燃料6％～8％。如果全世界的车辆都使用绿色轮胎，每年可节省200亿升燃油、减少5000万吨二氧化碳排放。因此，欧盟、美国、日本、韩国等发达国家推行绿色轮胎标签法规，走在世界轮胎前面。在经济全球化，轮胎市场国际化的大潮中，“绿色轮胎”即：低滚动阻力轮胎已成为轮胎发展的主流。轮胎滚动阻力下降5-7％，汽车的耗油量可下降1-2％，作为轮胎最重的胶料部件胎面与地面直接接触同时分担着轮胎45-60％的滚阻动阻力。通常我们用动态粘弹普仪的50-80℃的tanδ值来简便表征轮胎的滚动阻力，其值低表征滚阻就低，反之滚阻就高。近些年，为降胎面胶的滚动阻力，半钢子午线轮胎胎面胶中使用了改性溶聚丁苯胶、天然橡胶、改性填料、超级硅烷、改性助剂等，但全钢子午线轮胎胎面配方中很少应用，原因是全钢轮胎的高载荷和使用路况复杂，胎面胶料需要综合机械性能高，单一使用以上材料后胶料性能都存在一定缺陷，很难保证以上性能的基础上降低轮胎的滚动阻力。
为改善上述问题，在本申请的一个方面，提出一种轮胎胎面橡胶组合物,其主要包括：
50-80重量份的天然橡胶；20-50重量份的溶聚丁苯橡胶；5-40重量份的低滞后炭黑；5-50重量份的高比表面积白炭黑；0.5-5重量份的超级硅烷偶联剂；1-3重量份的硬脂酸；1-5重量份的氧化锌；0.2-1重量份的橡胶低滚阻改性剂；1-2.5重量份的微晶蜡；1.5-3.5重量份的防老剂6PPD；0.5-2重量份的防老剂TMQ；1-2重量份的充油硫磺粉；1.5-2.5重量份的促进剂NS；0.2-1重量份的促进剂D。
在一些实施例中，橡胶主料的总重量份为100，其包括50-80重量份的天然橡胶和20-50重量份的溶聚丁苯橡胶。
在一些实施例中，所述溶聚丁苯橡胶的重量份为25-40，所述溶聚丁苯橡胶为苯乙烯-丁二烯共聚物制得，其中苯乙烯的含量为0-30％，丁二烯的含量为10-20％，玻璃化温度约为-60℃。
在一些实施例中，所述低滞后炭黑的重量份为10-30，所述低滞后炭黑的吸碘值在110g/kg-150g/kg之间。
在一些实施例中，所述高比表面积白炭黑的重量份为10-40，所述高比表面积白炭黑的氮吸附比表面积在190-240m2/g之间，二氧化硅含量在90％以上。
在一些实施例中，所述超级硅烷偶联剂的重量份为1-4。
在一些实施例中，所述橡胶低滚阻改性剂的重量份为0.5-2。
在一些实施例中，轮胎胎面橡胶组合物还包括：
1-3重量份的增塑剂、0.5-2重量份的填充剂和0.1-1重量份的抗氧剂。
其中，溶聚丁苯橡胶中的苯乙烯-丁二烯共聚物的分子链末端和/或链段中存在有利于和白炭黑填料结合的基团，其作用可以帮助白炭黑在橡胶中的分散，提升白炭黑和橡胶的作用力；加入吸碘值在110-～150g/kg的低滞后炭黑，分散效果更好，提高产品耐磨性，并降低产品生热；硅烷偶联剂具有连接白炭黑和橡胶分子链的作用，并使胶料可以在高温混炼，可以得到更好填料分散性和挤出工艺性能；增塑剂能够提高橡胶的可塑性和加工性能；填充剂，如硅酸钙、膨润土等，能够改善橡胶的物理性能和增加轮胎的稳定性；抗氧剂能够延缓橡胶老化过程，提高轮胎的使用寿命。
实施例1：
天然橡胶：50重量份；
溶聚丁苯橡胶：50重量份；
低滞后炭黑：10重量份；
高比表面积白炭黑：45重量份；
超级硅烷偶联剂：4.5重量份；
硬脂酸：2重量份；
氧化锌：3重量份；
橡胶低滚阻改性剂：0.2重量份；微晶蜡：2重量份；
防老剂6PPD：2重量份；
防老剂TMQ：2重量份；
充油硫磺粉：1.5重量份；
促进剂NS：2重量份；
促进剂D：0.8重量份；
增塑剂：1重量份；
填充剂：0.5重量份；
抗氧剂：0.1重量份。
实施例2：
天然橡胶：80重量份；
溶聚丁苯橡胶：20重量份；
低滞后炭黑：20重量份；
高比表面积白炭黑：35重量份；超级硅烷偶联剂：3.5重量份；硬脂酸：2重量份；
氧化锌：3重量份；
橡胶低滚阻改性剂：0.5重量份；微晶蜡：2重量份；
防老剂6PPD：2重量份；
防老剂TMQ：2重量份；
充油硫磺粉：1.5重量份；
促进剂NS：1.8重量份；
促进剂D：0.3重量份；
增塑剂：3重量份；
填充剂：2重量份；
抗氧剂：1重量份。
实施例3：
天然橡胶：70重量份；
溶聚丁苯橡胶：30重量份；
低滞后炭黑：30重量份；
高比表面积白炭黑：25重量份；超级硅烷偶联剂：2.5重量份；硬脂酸：2重量份；
氧化锌：3重量份；
橡胶低滚阻改性剂：0.8重量份；微晶蜡：2重量份；
防老剂6PPD：2重量份；
防老剂TMQ：2重量份；
充油硫磺粉：1.6重量份；
促进剂NS：1.6重量份；
促进剂D：0.2重量份；
增塑剂：2重量份；
填充剂：1.5重量份；
抗氧剂：0.5重量份。
对比例：
天然橡胶：100重量份；
炭黑N234：48重量份；
硬脂酸：2重量份；
氧化锌：3重量份；
微晶蜡：2重量份；
防老剂6PPD：2重量份；
防老剂TMQ：2重量份；
充油硫磺粉：1.5重量份；
促进剂NS：1.1重量份。
上述配方的混炼过程可采用橡胶混炼领域技术人员已知的方法完成。例如在通常情况下，将各组分在至少三个阶段中进行混炼，即至少两个非生产性混炼阶段，随后一个生产性混炼阶段。
例如：
在Banbury密炼机中制备如表1中所规定成分的橡胶组合物进行非生产性阶段混炼，所采用的的混炼方法为轮胎企业所采用的普通混炼方法，回收冷却由此产生的混合物，然后将硫磺与促进剂(次磺酰胺)加入到外部混合器进行混炼，生产性阶段混合适当时间当混炼橡胶温度达到100-110℃时排胶停放。
以片状形式压延后形成测试物理性能相关样品，在151下硫化30分钟后测试相关的物理机械、动态性能。其中物理机械性能全部按照国家标准进行执行，动态性能是用德国GABO公司生产的动态粘弹普仪进行温度扫描获得，检测条件是压缩模式：动应变为5％，静应变为0.2％，频率为10HZ，升温速度为2℃/mi n。
轮胎滚阻是使用美国TMS I滚阻试验机，按照I SO28580方法进行检测。轮胎达到的滚阻系数等级按照欧盟标签和美国SmartWay轮胎认证进行判定。
根据上述对比例、实施例1、实施例2、实施例3所提供的的轮胎胎面橡胶组合物方案所生产的轮胎进行测试，测试结果如表2所示，对比例在这里被当作参比方案，橡胶组合物中采用传统理念设计的配方，不用于本发明。
表1
表2
从表2结果看，实施例1、实施例2实施例3的(60tanδ值)生热明显比对比例降低，综合机械性能与对比例水平基本相当，磨耗水平也基本相当。
从表2轮胎滚动阻力系数来看，实施例1、实施例2和实施例3方案的滚动阻力明显比对比例降低，同时轮胎都通过了美国Smartway认证，并且也达到欧盟标签B等级。
综上所述，本申请所提出的轮胎胎面橡胶组合物生产的产品综合机械性能高，50-80℃的tanδ值低，轮胎滚动阻力低。
在本申请的第二个方面，还提出一种基于上述轮胎胎面橡胶组合物的轮胎制备工艺，其包括以下步骤：
步骤1：准备原料按照以下比例准备各种原料：
天然橡胶：50-80重量份；
溶聚丁苯橡胶：20-50重量份；
低滞后炭黑：5-40重量份；
高比表面积白炭黑：5-50重量份；
超级硅烷偶联剂：0.5-5重量份；
硬脂酸：1-3重量份；
氧化锌：1-5重量份；
橡胶低滚阻改性剂：0.2-1重量份；
微晶蜡：1-2.5重量份；
防老剂6PPD：1.5-3.5重量份；
防老剂TMQ：0.5-2重量份；
充油硫磺粉：1-2重量份；
促进剂NS：1.5-2.5重量份；
促进剂D：0.2-1重量份；
增塑剂：1-3重量份；
填充剂：0.5-2重量份；
抗氧剂：0.1-1重量份。
步骤2：预处理将天然橡胶和溶聚丁苯橡胶分别切碎，以便于后续的混炼和加工。
步骤3：混炼将预处理的天然橡胶和溶聚丁苯橡胶放入混炼机中，并加入硬脂酸作为润滑剂，开始混炼过程。在混炼过程中逐步加入氧化锌、橡胶低滚阻改性剂、微晶蜡、防老剂6PPD、防老剂TMQ、充油硫磺粉、促进剂NS和促进剂D。混炼的温度和时间根据具体情况进行控制，以确保原料充分混合均匀。
步骤4：添加填料和偶联剂将低滞后炭黑和高比表面积白炭黑分别加入混炼机中，并继续混炼。在混炼过程中逐步加入超级硅烷偶联剂，以促进白炭黑和橡胶之间的结合，并提高填料的分散性和挤出工艺性能。
步骤5：整炼和成型将混炼好的橡胶料放入整炼机中进行整炼，以进一步提高橡胶的分散性和加工性能。整炼结束后，将橡胶料送入成型机，通过挤出、压延或注塑等方法，将橡胶料制备成轮胎胎面的形状。
步骤6：硫化将成型好的轮胎胎面放入硫化机中进行硫化处理。硫化条件的温度和时间根据具体要求进行控制，以确保轮胎胎面橡胶组合物达到所需的性能指标。
步骤7：后处理经过硫化处理的轮胎胎面橡胶组合物进行冷却，并进行必要的后处理工艺，例如修整、涂覆等，以得到最终的轮胎产品。
综上所述，通过以上制备工艺的实施例，可以制备出一种符合技术方案要求的轮胎胎面橡胶组合物。该组合物具有综合机械性能高、滚动阻力低等优点，并且在全钢子午线轮胎胎面配方中应用广泛，能够满足高载荷和复杂路况下的使用需求。
最后应说明的是：以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,以重量份数计算，包括：
50-80重量份的天然橡胶；20-50重量份的溶聚丁苯橡胶；5-40重量份的低滞后炭黑；5-50重量份的高比表面积白炭黑；0.5-5重量份的超级硅烷偶联剂；1-3重量份的硬脂酸；1-5重量份的氧化锌；0.2-1重量份的橡胶低滚阻改性剂；1-2.5重量份的微晶蜡；1.5-3.5重量份的防老剂6PPD；0.5-2重量份的防老剂TMQ；1-2重量份的充油硫磺粉；1.5-2.5重量份的促进剂NS；0.2-1重量份的促进剂D。
2.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,橡胶主料的总重量份为100，其包括50-80重量份的天然橡胶和20-50重量份的溶聚丁苯橡胶。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,所述溶聚丁苯橡胶的重量份为25-40，所述溶聚丁苯橡胶为苯乙烯-丁二烯共聚物制得，其中苯乙烯的含量为0-30％，丁二烯的含量为10-20％，玻璃化温度约为-60℃。
4.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,所述低滞后炭黑的重量份为10-30，所述低滞后炭黑的吸碘值在110g/kg-150g/kg之间。
5.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,所述高比表面积白炭黑的重量份为10-40，所述高比表面积白炭黑的氮吸附比表面积在190-240m2/g之间，二氧化硅含量在90％以上。
6.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,所述超级硅烷偶联剂的重量份为1-4。
7.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,所述橡胶低滚阻改性剂的重量份为0.5-2。
8.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,还包括：
1-3重量份的增塑剂。
9.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,还包括：0.5-2重量份的填充剂。
10.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于,还包括：0.1-1重量份的抗氧剂。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310794073.1A CN116693948A (zh) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 一种轮胎胎面橡胶组合物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116693948A true CN116693948A (zh) | 2023-09-05 |
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ID=87840974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310794073.1A Pending CN116693948A (zh) | 2023-06-30 | 2023-06-30 | 一种轮胎胎面橡胶组合物 |
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-
2023
- 2023-06-30 CN CN202310794073.1A patent/CN116693948A/zh active Pending
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