CN105837883A - 橡胶组合物和轮胎组件 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种橡胶组合物和轮胎组件,可以有效地平衡轮胎滚动阻力和抗湿滑性能,所涉及的橡胶组合物包含至少一种100phr二烯类橡胶、20至200phr填料;将上述橡胶组合物制成轮胎胎面;将上述胎面应用于轮胎中。其中填料中至少包含≥50wt%的低比表面积白炭黑(即低比表面积白炭黑是作为主体填料存在的),低比表面积白炭黑的比表面积在10~100m2/g的范围,采用本橡胶组合物制成的轮胎具有较低的滚动阻力和较好的抗湿滑性能,使两种性能可以达到较佳的平衡。
Description
技术领域
本发明是涉及轮胎制造领域,将包含低比表面积白炭黑的橡胶组合物应用于轮胎胎面配方中,可以有效地平衡滚动阻力和抗湿滑性能。
背景技术
随着轮胎工业的发展,在轮胎的各种性能中,人们更多地追求低的滚动阻力和高的抗湿滑性能。因此,对车用轮胎提出了高性能化的要求,即安全性、绿色环保节能性等。白炭黑是橡胶工业中仅次于炭黑的补强性填料,白炭黑由于其粒子细、比表面积大、具有较强的吸附性,因而可以增加橡胶制品的强度和抗老化性能。在轮胎工业中,通常使用的白炭黑是比表面积大于100m2/g的具有高补强性的白炭黑,这样的白炭黑的各项性能都要优于炭黑。然而低比表面积白炭黑在轮胎中的应用一直被忽视。
发明内容
本发明的目的在于提供一种橡胶组合物和轮胎组件,以克服现有技术中的不足。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开了一种橡胶组合物,包括:
100phr二烯类橡胶;
介于20与200phr之间的填料,该填料中包括≥50wt%的白炭黑,所述白炭黑具有10~100m2/g的比表面积。
优选的,在上述的橡胶组合物中,所述白炭黑含量为30~120phr。
优选的,在上述的橡胶组合物中,所述白炭黑的比表面积为30~90m2/g,优选为50~80m2/g。
优选的,在上述的橡胶组合物中,所述填料含量介于40至150phr。
优选的,在上述的橡胶组合物中,所述二烯类橡胶选自天然橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶或其组合。
优选的,在上述的橡胶组合物中,还包括炭黑,该炭黑的碘吸收值是5至150g/kg,DBP的吸收值是30至150cm3/100g。
相应的,本申请还公开了一种轮胎组件,包含所述的橡胶组合物。
优选的,在上述轮胎组件中,所述橡胶组合物用于轮胎组件的胎面、胎侧、胎冠或内衬。
与现有技术相比,本发明的优点在于:采用本橡胶组合物制成的轮胎具有较低的滚动阻力和较好的抗湿滑性能,使两种性能可以达到较佳的平衡。
具体实施方式
本发明实施例公开一种可以有效地平衡轮胎滚动阻力和抗湿滑性能的轮胎胎面用橡胶组合物,所涉及的橡胶组合物包含至少一种100phr二烯类橡胶、20至200phr填料;将上述橡胶组合物制成轮胎胎面;将上述胎面应用于轮胎中。其中填料中低比表面积白炭黑含量≥50wt%,低比表面积白炭黑的比表面积在10-100m2/g的范围,采用本橡胶组合物制成的轮胎具有较低的滚动阻力和较好的抗湿滑性能,使两种性能可以达到较佳的平衡。
本发明实施例还涉及一种包含胎面的轮胎,所述的胎面包含至少一种100phr二烯类橡胶、20至200phr填料;将上述橡胶组合物制成轮胎胎面;将上述胎面应用于轮胎中。其中填料中低比表面积白炭黑含量≥50wt%,低比表面积白炭黑的比表面积在10-100m2/g的范围。
在一个实施方案中,橡胶组合物中的填料包含≥50wt%的低比表面积白炭黑,优选30-120phr。低比表面积白炭黑具有10-100m2/g的比表面积。
橡胶组合物可用于含有不饱和键的橡胶或弹性体。橡胶组合物是指已经与各种成分和材料共混或者混合的橡胶。“二烯类橡胶”或“含有不饱和双键的橡胶或弹性体”包括天然橡胶及其他各种合成橡胶,其中合成橡胶的具体实例包括顺丁橡胶(顺-1,4-聚丁二烯)、聚异戊二烯(顺-1,4-聚戊二烯)、丁基橡胶(包括普通丁基橡胶、氯化丁基橡胶和溴化丁基橡胶)、丁苯橡胶(丁二烯/苯乙烯共聚物)、乙丙橡胶(乙烯/丙烯/二烯单体共聚物)。优选的橡胶或弹性体为天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶。
在一个方面,橡胶优选为至少两种二烯类的橡胶。例如,优选为两种或以上橡胶的组合,如顺-1,4-聚异戊二烯橡胶(包含天然橡胶和合成顺-1,4-聚异戊二烯)、丁苯橡胶(丁二烯/苯乙烯共聚物)、顺丁橡胶(顺-1,4-聚丁二烯)。
本发明的一个方面,丁苯橡胶可以选用乳液聚合的丁二烯/苯乙烯共聚物,其中可以选用含有5%-40%(质量分数)的苯乙烯,有时可以选用苯乙烯含量更高的丁苯橡胶。
橡胶组合物中可包含20-200phr的填料,除了包含低比表面积白炭黑外,在一个实施方案中,可以使用其他各种形式的白炭黑。
可用于橡胶组合物的白炭黑包含气相白炭黑、沉淀白炭黑等。在一个实施方案中使用的是沉淀白炭黑。
可用于橡胶组合物的填料可能含有炭黑。常用炭黑的代表有N110、N121、N134、N220、N231、N234、N242、N293、N299、N315、N326、N330、N332、N339、N343、N347、N351、N358、N375、N539、N550、N582、N630、N642、N650、N683、N754、N762、N765、N774、N787、N907、N908、N990、N991。这些炭黑具有碘吸收值是5至150g/kg,DBP的吸收值是30至150cm3/100g的特征。
可通过本领域通用的方法实现橡胶组合物的混合。
橡胶组合物可以用在轮胎的各种橡胶构件中。橡胶构件包括胎面、胎侧、胎冠、内衬等,优选胎面。
本发明实施例的轮胎可用于轿车轮胎、客车轮胎、农用轮胎、赛车轮胎、卡车轮胎、工程车轮胎等。轮胎可以为子午线轮胎或斜交轮胎。
本发明实施例的轮胎的硫化温度在100至200℃进行。在一个实施方案中,硫化是在130-180℃的温度下进行。可使用常规的硫化方法,例如在油浴加热或电加热的模具中进行。
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。下列实施例仅用于解释和说明本发明,而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条件,或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明,所有的百分比和份数按重量计。
橡胶组合物的制备:
通过混炼的方法来制备具有以下组成的橡胶组合物,所述混炼包括:
①母炼:
母炼是在X(S)M-1.6×(0~180)型密炼机中进行的,起始温度为70℃,转速为70转/min,压力为7bar。加料顺序为:溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶在初始加入,30s后加入白炭黑、炭黑、偶联剂、防老剂、氧化锌、微晶蜡、硬脂酸和增塑剂,最后在150C时排胶。
②终炼:
终炼是在X(S)M-1.6×(0~180)型密炼机中进行,加料顺序:在开始先母胶,20s后加入促进剂二苯胍、促进剂N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺和硫磺,180s后排胶。
原材料及设备:
溶聚丁苯橡胶(RC2557S,购自中国石化独山子石化公司;NS616,购自日本瑞翁),顺丁橡胶(BR9000,购自中国石化独山子石化公司),白炭黑(Newsil HD60MP,Newsil HD90MP,Newsil HD115MP,Newsil HD165MP,Newsil HD200MP;购自无锡确成硅有限公司),炭黑(N234,购自卡博特公司),增塑剂(环保芳烃油TDAE,购自德国汉圣),偶联剂双-(γ-三乙氧基硅烷丙基)-四硫化物Si69、防老剂N-(1,3-二甲基)丁基-N'-苯基对苯二胺、石蜡、氧化锌、硬脂酸、促进剂二苯胍、促进剂N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺和硫磺均为市售。
X(S)M-1.6×(0~180)型密炼机,青岛科高橡塑机械技术装备有限公司;XK-200型开炼机,青岛科高橡塑机械技术装备有限公司;XLB-400型平板硫化机,青岛科高橡塑机械技术装备有限公司;MV3000门尼粘度仪,德国Montech;D-MDR3000流变仪,德国Montech;Z010万能拉伸试验机,德国Zwick;Shore A硬度仪,德国Zwick。
测试标准及仪器:
为了方便不同实施例之间的对比以及更加直观的表征滞后损失性能和湿地摩擦性能,我们实验室采用内部参比配方来对实施例和对比例指数化,具体的计算方法见下。
(i)滞后损失指数:使用DMA(动态机械分析仪)测试,温度为25℃,频率为10Hz,动态形变为1-50%,测试模式为平面剪切模式,取Tanδ最大值;采用Metravib的DMA+1000进行测试。
滞后损失指数=参比配方值/测试值×100,指数越大滞后损失越小。
(ii)湿地摩擦指数:采用摆式摩擦系数仪测试摩擦系数,并与实验室参比值对比。
湿地摩擦指数=测试值/参比配方值×100,指数越大湿地摩擦力越大。
实施例1
实施例1中,在其他添加剂用量保持不变,而通过配方中白炭黑用量的调整,使硬度处于相同的水平,从而可以更加有效地考察不同比表面积白炭黑的滚动阻力和抗湿滑性能的对比(参表1和表2),看出低比表面积白炭黑在平衡这两种性能方面的优势。由于低比表面积白炭黑的补强性减弱,因此为了达到相同的硬度需要添加更多地白炭黑。
表1实施例1的实验配方
实施例1-1 | 实施例1-2 | 对比例1-1 | 对比例1-2 | 对比例1-3 | 参比 | |
RC2557S | 110.00 | 110.00 | 110.00 | 110.00 | 110.00 | 110.00 |
BR9000 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 |
N330 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Si69 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
6PPD | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 |
石蜡 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 |
氧化锌 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 |
硬脂酸 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
HD60MP | 100.00 | |||||
HD 90MP | 90.00 | |||||
HD115MP | 80.00 | |||||
HD165MP | 70.00 | 80.00 | ||||
HD200MP | 65.00 | |||||
促进剂D | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
促进剂CBS | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 |
硫磺 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 |
表2实施例1的实验结果
较小的比表面积以及较弱的填料间相互作用,使得Payne效应较弱,即使添加量较大也具有明显较低的滞后损失Tanδ,同时抗湿滑性能方面HD60MP和HD90MP也是最高的。从上述数据可以发现,低比表面积白炭黑可以有效地平衡滚动阻力和抗湿滑性能。
实施例2
实施例2中采用了不同添加量的低比表面积白炭黑HD60MP,并与添加HD115MP和HD165MP的配方进行了对比,参表3和表4。
表3实施例2的实验配方
实施例2-1 | 实施例2-2 | 实施例2-3 | 实施例2-4 | 对比例1-1 | 对比例1-2 | |
BR9000 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
NS616 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 |
N330 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Si69 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 | 3.5 |
环保芳烃油 | 6 | 12 | 18 | 15 | 10 | |
6PPD | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
石蜡 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
氧化锌 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
硬脂酸 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
HD60MP | 60 | 70 | 80 | 90 | ||
HD165MP | 55 | |||||
HD115MP | 55 | |||||
促进剂D | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
促进剂CBS | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
硫磺 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
表4实施例2的实验结果
通过形变扫描的Tanδ可以发现,添加HD60MP的胶料具有明显较低的滞后损失,这对滚动阻力是有利的;同时发现添加不同比例的HD60MP后抗湿滑性能逐渐增加并都优于添加HD115MP和HD165MP的配方。
实施例3
实施例3中采用了不同添加比例的低比表面积白炭黑HD60MP,并与添加HD115MP、HD165MP和HD200MP的配方进行了对比。参表5和表6。
表5实施例3的实验方案
实施例3-1 | 对比例3-1 | 实施例3-2 | 对比例3-2 | 实施例3-3 | 对比例3-3 | |
RC2557S | 110.00 | 110.00 | 110.00 | 110.00 | 110.00 | 110.00 |
BR9000 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 | 20.00 |
N330 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 | 6 |
Si69 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 | 4 |
防老剂4020 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 |
石蜡 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 | 1.50 |
氧化锌 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 | 3.00 |
硬脂酸 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
HD90MP | 45 | 45 | 45 | |||
HD115MP | 40 | 80.00 | ||||
HD165MP | 35 | 70.00 | ||||
HD200MP | 31 | 65.00 | ||||
促进剂D | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
促进剂CBS | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
硫磺 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
表6实施例3的数据结果
当在配方中添加填料总量50wt%以上的低比表面积白炭黑HD90MP时,滚动阻力明显要比参比配方低,同时抗湿滑性明显提高。
最后,还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
Claims (8)
1.一种橡胶组合物,其特征在于,包括:
100phr二烯类橡胶;
介于20与200phr之间的填料,该填料中包括≥50wt%的白炭黑,所述白炭黑具有10~100m2/g的比表面积。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物,其特征在于:所述白炭黑含量为30~120phr。
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物,其特征在于:所述白炭黑的比表面积为30~90m2/g,优选为50~80m2/g。
4.根据权利要求1所述的橡胶组合物,其特征在于:所述填料含量介于40至150phr。
5.根据权利要求1所述的橡胶组合物,其特征在于:所述二烯类橡胶选自天然橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶或其组合。
6.根据权利要求1所述的橡胶组合物,其特征在于:还包括炭黑,该炭黑的碘吸收值是5至150g/kg,DBP的吸收值是30至150cm3/100g。
7.一种轮胎组件,包含权利要求1至6任一所述的橡胶组合物。
8.根据权利要求7所述轮胎组件,其特征在于:所述橡胶组合物用于轮胎组件的胎面、胎侧、胎冠或内衬。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |