CN105924705A - 一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶 - Google Patents
一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,原料各组分按照重量份组成如下:溶聚丁苯橡胶60‑80份、顺丁橡胶20‑40份、白炭黑50‑80份、炭黑5‑10份、硅烷偶联剂8‑12份、改性导电复合材料3‑12、树脂3‑5份、氧化锌2‑4份、硬脂酸0.5‑2.5份、硫磺0.5‑2.5份、促进剂0.5‑1.8份、其它组分4‑7份。本发明使用了改性导电材料,并同时合理调整填料比例以及胶料的混炼工艺,在胶料原有性能不变的基础上,显著提升其导电性和导热性,避免静电击人或火灾等安全隐患,同时也可提升轮胎的耐久性,延长轮胎使用周期。
Description
技术领域
本发明属于汽车轮胎材料技术领域,具体涉及一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶。
背景技术
早在20世纪40年代就有人发现了轮胎与道路界面产生静电的现象,汽车在行驶过程中,由于车辆与空气摩擦等原因,车辆会累积一定量的静电荷,如果这些静电荷不及时导出,会引起静电击人或火灾等安全隐患。车辆静电主要通过轮胎导入到地面,但目前为达到欧洲标签法对轮胎湿地性能等级、滚动阻力等级的技术指标要求,必须采用高比例白炭黑用量配方的胶料,而此胶料的电阻率远大于1×1010Ω.cm。而一般认为,所有类型的轮胎按照标准要求的方法测试的电阻率不大于1×1010Ω.cm则可顺利导出静电荷。目前可以在该高填充量白炭黑胶料中加入常规导电材料,用以改善胶料的导电性能,但是常规导电材料用到胶料中后分散性能较差,严重影响橡胶相关性能。
发明内容
针对现有技术中存在的在胶料导电性和导热性较差的技术问题,本发明的目的在于提供的一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,该配方创新性了使用了改性导复合电材料,并同时合理调配填料用量,以达到在胶料原有性能不变的基础上,显著提升其导电性和导热性。
本发明采取的技术方案为:
一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,原料各组分按照重量份组成如下:溶聚丁苯橡胶60-80份、顺丁橡胶20-40份、白炭黑50-80份、炭黑5-10份、硅烷偶联剂8-12份、改性导电复合材料3-12、树脂3-5份、氧化锌2-4份、硬脂酸0.5-2.5份、硫磺0.5-2.5份、促进剂0.5-1.8份、其它组分4-7份。
进一步的,原料各组分按照重量份组成如下:溶聚丁苯橡胶70份、顺丁橡胶30份、白炭黑60份、炭黑8份、硅烷偶联剂10份、改性导电复合材料8份、树脂4份、氧化锌3、硬脂酸1.5份、硫磺1.2份、促进剂1.5份、其它组分6份。
进一步的,所述树脂为烷基苯酚甲醛树脂、烃类树脂或二者的混合物。
进一步的,所述改性导电复合材料是经助剂化学成分处理的多壁碳纳米管以天然橡胶为载体的复合材料,所述助剂化学成分的各组分组成为:天然橡胶80-100份,多壁碳纳米管10-30份,脂肪酸1-3份,硅烷偶联剂0.5-2份。
进一步的,所述促进剂为次磺酰胺类促进剂。
进一步的,所述其它组分为喹啉类防老剂、胺类防老剂或石蜡中的一种或多种。
进一步的,所述的改性导电材料的制备方法包括如下步骤:改性导电复合材料制备在密炼机中进行,将天然橡胶、多壁碳纳米管、脂肪酸和硅烷偶联剂这些助剂化学成分混合,加入密炼机中压上顶栓混炼30-40s,提砣,压上顶栓20-30s,提砣,压上顶栓10-25s,控制密炼机转速30-55转/分;160℃排胶;排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛。
一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶的混炼方法,具体包括包括以下步骤:
(1)一段混炼:混炼在密炼机中进行,加溶聚丁苯橡胶和天然橡胶组成的生胶、改性导电复合材料,压上顶栓20-40s,提砣,加硅烷偶联剂、白炭黑压上顶栓25-35s,提砣,压栓20-30s,提砣,压上顶栓25-30s;密炼机转速25-55转/分;150℃排胶;
(2)二段混炼:混炼在密炼机中进行,加一段混炼胶料、剩余药品、炭黑压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-35s;密炼机转速30-50转/份;150℃排胶;
(3)三段混炼:混炼在密炼机中进行,加二段混炼胶压上顶栓25-35s,提砣,压上顶栓20-30s,提砣,压上顶栓20-30s;密炼机转速30-50转/份;145℃排胶;
(4)母炼胶密炼机排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛;
(5)终炼胶混炼:混炼在密炼机中进行,加三段混炼母胶、终炼药品压上顶栓25-35s,提砣,压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-30s;密炼机转速20-30转/分;100℃排胶;
(6)终炼胶密炼机排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、在开炼机上左右切刀各3次、经隔离剂池后冷却、建垛。
本发明的有益效果为:
本发明导电复合材料中的多壁碳纳米管通过以天然橡胶为载体,以脂肪酸和硅烷偶联剂为改性剂生产的母料,克服了碳纳米管在橡胶中分散性差的特点,同时提升了胶料的物料性能,使其在较少的用量下即可赋予橡胶良好的导电和导热性能,其它组分中的防老剂可防止橡胶的过早老化。
本发明中采用烷基苯酚甲醛树脂或烃类树脂以及二者的混合物,可改善胶料工艺粘性和提升胶料分散特性;促进剂为次磺酰胺类促进剂,促进橡胶硫化,并具有焦烧时间长,硫化时间短,平坦性好的特点。
与现有技术相比,导电复合材料用于全白炭黑胎面胶中缩短了焦烧时间和提高了硫化速率,间接提升了生产效率;在胶料物理性能方面,导电复合材料的加入在一定程度上提升了胎面胶的硬度和定伸应力,同时拉伸、撕裂强度、耐磨性均有所提高,提升和延长了轮胎的耐久性能和轮胎使用周期;当导电复合材料在全白炭黑胎面配方中加入少量份数后,胶料的电阻率出现迅速下降,发生了逾渗行为。本发明在胶料原有性能不变的基础上,显著提升其导电性和导热性,避免静电击人或火灾等安全隐患,同时也可兼顾提升轮胎使用性能。
本发明中的高填充白炭黑胎面胶的混炼方法中步骤(1)一段混炼,其特殊性在于溶聚丁苯橡胶和天然橡胶组成的生胶、改性导电复合材料先压栓混炼,用以促进导电复合材料的分散性能。
附图说明
图1为本发明中的改性导电复合材料生产流程图。
具体实施方式
实施例1
一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,所述溶聚丁苯橡胶60份、顺丁橡胶40份、白炭黑50份、炭黑5份、硅烷偶联剂8份、改性导电复合材料3份、树脂3份、氧化锌3份、硬脂酸0.5份、硫磺0.5份、促进剂0.5份、其它组分4份。
实施例2
一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,所述溶聚丁苯橡胶70份、顺丁橡胶30份、白炭黑60份、炭黑8份、硅烷偶联剂10份、改性导电复合材料8份、树脂4份、氧化锌3份、硬脂酸1.5份、硫磺1.2份、促进剂1.5份、其它组分6份。
实施例3
一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,所述溶聚丁苯橡胶80份、顺丁橡胶20份、白炭黑80份、炭黑10份、硅烷偶联剂12份、改性导电复合材料12份、树脂5份、氧化锌4份、硬脂酸2.5份、硫磺2.5份、促进剂1.8份、其它组分7份。
实施例4
改性导电复合材料是经助剂化学成分处理的多壁碳纳米管以天然橡胶为载体的复合材料,所述助剂化学成分的各组分组成为:天然橡胶80-100份,多壁碳纳米管10-30份,脂肪酸1-3份,硅烷偶联剂0.5-2份。
改性导电复合材料制备在密炼机中进行,将天然橡胶、多壁碳纳米管、脂肪酸和硅烷偶联剂这些助剂化学成分混合,加入密炼机中压上顶栓混炼30-40s,提砣,压上顶栓20-30s,提砣,压上顶栓10-25s,控制密炼机转速30-55转/分;160℃排胶;排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛。
改性填导电材料提升胶料导电、导热的原理:高填充白炭黑胶料不具有导电性能,是因为其微观上不存在能发生电子迁移的导电网络。而经过多种化学助剂处理的多壁碳纳米管改性复合材料加入少量份数于该胶料中(如图1所示),可很好的分散于胶料中,并形成导电网络,使热振动的电子在导电粒状间发生迁移,从而使胶料具有良好的导电、导热性。
改性导电复合材料与白炭黑比例调配原理:每在高填充白炭黑胎面胶中加入1质量份的改性导电复合材料,需相应减少1质量份的白炭黑,以达到不改变胶料的模量的目的。其相应的导电、导热性能测试结果为:
(1)导电性测试:
(2)导热性测试:
注:(1)(2)中1#、2#、3#配方所用改性导电复合材料份数分别为:3份、8份、10份。
实施例5
一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶的混炼方法,具体包括以下步骤:
(1)一段混炼:混炼在密炼机中进行,加溶聚丁苯橡胶和天然橡胶组成的生胶、改性导电复合材料,压上顶栓20-40s,提砣,加硅烷偶联剂、白炭黑压上顶栓25-35s,提砣,压栓20-30s,提砣,压上顶栓25-30s;密炼机转速25-55转/分;150℃排胶;
(2)二段混炼:混炼在密炼机中进行,加一段混炼胶料、剩余药品、炭黑压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-35s;密炼机转速30-50转/份;150℃排胶;
(3)三段混炼:混炼在密炼机中进行,加二段混炼胶压上顶栓25-35s,提砣,压上顶栓20-30s,提砣,压上顶栓20-30s;密炼机转速30-50转/份;排胶145℃;
(4)母炼胶密炼机排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛;
(5)终炼胶混炼:混炼在密炼机中进行,加三段混炼母胶、终炼药品压上顶栓25-35s,提砣,压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-30s;密炼机转速20-30转/分;100℃排胶;
(6)终炼胶密炼机排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、在开炼机上左右切刀各3次、经隔离剂池后冷却、建垛。
实施例2的配方与常规配方性能对比如下表所示:
(1)物理机械性能:
(2)胶片电阻率测试
项目 | 参比配方 | 加8份改性导电复合材料 |
体积电阻率/Ω.cm | 2.83E+14 | 2.02E+08 |
表面电阻率/Ω.cm | 1.98E+14 | 1.90E+08 |
(3)胶片导热性测试
(4)轮胎电阻测试
轮胎测试规格为225/45ZR17SU16;根据标准要求,轮胎测试电阻≤1×1010即符合导电性能要求。
项目 | 参比配方 | 试验配方 |
体积电阻率/Ω.cm | 1.60E+10 | 6.90E+07 |
从以上表可以看出,试验配方可以满足轮胎性能要求,同时提升了轮胎的磨耗性能。
以上所述并非是对本发明的限制,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明实质范围的前提下,还可以做出若干变化、改型、添加或替换,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,原料各组分按照重量份组成如下:
溶聚丁苯橡胶60-80份、顺丁橡胶20-40份、白炭黑50-80份、炭黑5-10份、硅烷偶联剂8-12份、改性导电复合材料3-12、树脂3-5份、氧化锌2-4份、硬脂酸0.5-2.5份、硫磺0.5-2.5份、促进剂0.5-1.8份、其它组分4-7份。
2.根据权利要求1所述一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,原料各组分按照重量份组成如下:
溶聚丁苯橡胶70份、顺丁橡胶30份、白炭黑60份、炭黑8份、硅烷偶联剂10份、改性导电复合材料8份、树脂4份、氧化锌3、硬脂酸1.5份、硫磺1.2份、促进剂1.5份、其它组分6份。
3.根据权利要求1或2所述一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,所述树脂为烷基苯酚甲醛树脂、烃类树脂或二者的混合物。
4.根据权利要求1或2所述一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,所述改性导电复合材料是经助剂化学成分处理的多壁碳纳米管以天然橡胶为载体的复合材料,所述助剂化学成分的各组分组成为:天然橡胶80-100份,多壁碳纳米管10-30份,脂肪酸1-3份,硅烷偶联剂0.5-2份。
5.根据权利要求1或2所述一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,所述促进剂为次磺酰胺类促进剂。
6.根据权利要求1或2所述一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,所述其它组分为喹啉类防老剂、胺类防老剂或石蜡中的一种或多种。
7.根据权利要求1、2或4所述一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶,其特征在于,所述的改性导电材料的制备方法包括如下步骤:改性导电复合材料制备在密炼机中进行,将天然橡胶、多壁碳纳米管、脂肪酸和硅烷偶联剂这些助剂化学成分混合,加入密炼机中压上顶栓混炼30-40s,提砣,压上顶栓20-30s,提砣,压上顶栓10-25s,控制密炼机转速30-55转/分;160℃排胶;排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛。
8.一种充气轮胎用具有良好导电和导热性高填充白炭黑胎面胶的混炼方法,其特征在于,具体包括包括以下步骤:
(1)一段混炼:混炼在密炼机中进行,加溶聚丁苯橡胶和天然橡胶组成的生胶、改性导电复合材料,压上顶栓20-40s,提砣,加硅烷偶联剂、白炭黑压上顶栓25-35s,提砣,压栓20-30s,提砣,压上顶栓25-30s;密炼机转速25-55转/分;150℃排胶;
(2)二段混炼:混炼在密炼机中进行,加一段混炼胶料、剩余药品、炭黑压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-35s;密炼机转速30-50转/份;150℃排胶;
(3)三段混炼:混炼在密炼机中进行,加二段混炼胶压上顶栓25-35s,提砣,压上顶栓20-30s,提砣,压上顶栓20-30s;密炼机转速30-50转/份;145℃排胶;
(4)母炼胶密炼机排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛;
(5)终炼胶混炼:混炼在密炼机中进行,加三段混炼母胶、终炼药品压上顶栓25-35s,提砣,压上顶栓20-35s,提砣,压上顶栓20-30s;密炼机转速20-30转/分;100℃排胶;
(6)终炼胶密炼机排胶后,胶料由双螺杆挤出压片机压片、在开炼机上左右切刀各3次、经隔离剂池后冷却、建垛。
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