CN108424560A - 一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于橡胶技术领域，尤其涉及一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法和应用。本发明提供了一种轮胎胎面橡胶组合物，以重量份计，主要由以下组分混炼而成：橡胶100份；炭黑0～15份；白炭黑50～90份；层状无机填料5～20份；填充油0～45份；硫化剂1.0～3.5份；促进剂1.5～5.0份。本发明中，层状无机填料与橡胶的粘合性能较低，层状无机填料容易从橡胶上脱落，形成空穴，增加轮胎胎面橡胶的表面粗糙度，从而提高轮胎的湿滑路面抓着性能。

Description

一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于橡胶技术领域，尤其涉及一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法和应用。
背景技术
轮胎胎面直接与路面接触，其湿滑路面的抓着性能，直接影响着车辆行驶及其乘客的安全。一般可通过高苯乙烯含量的乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶(包括改性溶聚丁苯)、白炭黑、硅烷偶联剂等材料的配合使用，尽可能提高硫化胶在0℃的滞后损失tanδ、降低硫化胶在70℃的滞后损失tanδ，从而实现轮胎具有优良的湿滑路面抓着性能。
现有的轮胎橡胶配方技术中，为提高轮胎的湿滑路面抓着性能，主要在橡胶配方的生胶体系、炭黑补强体系、软化剂体系、硫化体系展开研究与尝试，生胶体系中所使用的溶聚丁苯橡胶通常为进口材料、成本高，炭黑补强体系中可能使用双相结构的炭黑、材料成本高，硫化体系中使用昂贵的硅烷偶联剂。因此，为提高轮胎的湿滑路面抓着性能，轮胎胶料成本居高不下，大大增加了消费者的使用成本。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法和应用，用于解决为提高轮胎的湿滑路面抓着性能，轮胎胶料成本居高不下的问题。
本发明的具体技术方案如下：
一种轮胎胎面橡胶组合物，以重量份计，主要由以下组分混炼而成：
橡胶100份；
炭黑0～15份；
白炭黑50～90份；
层状无机填料5～20份；
填充油0～45份；
硫化剂1.0～3.5份；
促进剂1.5～5.0份。
优选的，所述橡胶包括溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶；
所述溶聚丁苯橡胶与所述顺丁橡胶的质量比为20～100：0～80。
优选的，所述层状无机填料为层状云母片、层状高岭土和层状粘土中的一种或多种。
优选的，所述层状无机填料的平均粒径为150～600nm。
优选的，所述溶聚丁苯橡胶中的结合苯乙烯含量为5％～40％；
所述溶聚丁苯橡胶中的乙烯基含量为10％～70％。
优选的，所述白炭黑的BET比表面积为115～200m2/g。
本发明还提供一种轮胎胎面橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
a)将橡胶、填充油、炭黑和第一白炭黑混合，进行第一阶段混炼，得到第一混炼胶；
b)在所述第一混炼胶中加入层状无机填料和第二白炭黑，进行第二阶段混炼，得到第二混炼胶；
c)将所述第二混炼胶、硫化剂和促进剂混合，进行第三阶段混炼，得到轮胎胎面橡胶组合物。
优选的，所述橡胶、所述填充油、所述炭黑、所述层状无机填料、所述硫化剂、所述促进剂的质量比为100：0～45：0～15：5～20：1.0～3.5：1.5～5.0；
所述第一白炭黑和所述第二白炭黑的总量与橡胶的质量比为50～90：100；
所述第一白炭黑和所述第二白炭黑的质量比为5～7：3～5。
优选的，所述第一阶段混炼包括第一压陀混炼和第二压陀混炼，所述第一压陀混炼至120～140℃，所述第二压陀混炼至150～160℃；
所述第二阶段混炼包括第三压陀混炼和第四压陀混炼，所述第三压陀混炼至120～140℃，所述第四压陀混炼至150～160℃；
所述第三阶段混炼包括第五压陀混炼，所述第五压陀混炼至95～110℃。
本发明还提供上述技术方案所述轮胎胎面橡胶组合物或上述技术方案所述制备方法制得的轮胎胎面橡胶组合物在轮胎中的应用。
综上所述，本发明提供一种轮胎胎面橡胶组合物，以重量份计，主要由以下组分混炼而成：橡胶100份；炭黑0～15份；白炭黑50～90份；层状无机填料5～20份；填充油0～45份；硫化剂1.0～3.5份；促进剂1.5～5.0份。本发明中，层状无机填料与橡胶的粘合性能较低，层状无机填料容易从橡胶上脱落，形成空穴，增加轮胎胎面橡胶的表面粗糙度，从而提高轮胎的湿滑路面抓着性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中层状无机填料在显微镜下的结构图。
具体实施方式
本发明提供了一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法和应用，用于解决为提高轮胎的湿滑路面抓着性能，轮胎胶料成本居高不下的问题。
下面将对本发明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，都属于本发明保护的范围。
一种轮胎胎面橡胶组合物，以重量份计，主要由以下组分混炼而成：
橡胶100份；
炭黑0～15份；
白炭黑50～90份；
层状无机填料5～20份；
填充油0～45份；
硫化剂1.0～3.5份；
促进剂1.5～5.0份。
本发明中，层状无机填料与橡胶的粘合性能较低，层状无机填料容易从橡胶上脱落，形成空穴，增加轮胎胎面橡胶的表面粗糙度，从而提高轮胎的湿滑路面抓着性能。
本发明中，炭黑、白炭黑、层状无机填料、填充油、硫化剂和促进剂的用量对轮胎的湿滑路面抓着性能具有影响。
本发明轮胎胎面橡胶组合物中，还包括其它加工助剂，优选为氧化锌、硬脂酸、防老剂、防护蜡、白炭黑分散剂、防焦剂和硅烷偶联剂的一种或多种。
本发明中，橡胶包括：溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶；
所述溶聚丁苯橡胶与所述顺丁橡胶的质量比为20～100：0～80。
进一步的，橡胶还包括：天然橡胶；
溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶和天然橡胶的质量比为20～100：0～60：0～20。
本发明中，橡胶的组成对轮胎的湿滑路面抓着性能具有影响，溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶和天然橡胶的质量以干胶计算。
本发明中，层状无机填料为层状云母片、层状高岭土和层状粘土中的一种或多种。
本发明层状无机填料适用范围广，适用于提高湿滑路面抓着性能的各种轮胎制品，包括但不限于全天候轮胎、夏季轮胎；本发明层状无机填料来源于矿产，无需白炭黑的复杂生产工艺、高能耗，既达到提升轮胎性能、又降低材料的生产能耗，符合绿色经济需求；本发明层状无机填料成本低，可降低轮胎0.5％～1％的材料成本。
层状无机填料的平均粒径为150～600nm。
本发明中，层状无机填料的平均粒径对轮胎的湿滑路面抓着性能具有影响。
本发明中，溶聚丁苯橡胶中的结合苯乙烯含量为5％～40％；
溶聚丁苯橡胶中的乙烯基含量为10％～70％。
本发明中，溶聚丁苯橡胶的种类对轮胎的湿滑路面抓着性能具有影响。
本发明中，白炭黑的BET比表面积为115～200m2/g。
本发明中，炭黑的牌号优选为N330、N220、N234和N115的一种或多种。
填充油的多环芳烃(polycyclic aromatics，PCA)含量小于3％，填充油优选为环保芳烃油。
硫化剂优选为硫磺，更优选为普通硫化粉末。
促进剂优选为次磺酰胺类促进剂和/或二苯胍促进剂，次磺酰胺类促进剂优选为TBBS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺)和/或CBS(N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺)，次磺酰胺类促进剂为主促进剂。
本发明还提供一种轮胎胎面橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
a)将橡胶、填充油、炭黑和第一白炭黑混合，进行第一阶段混炼，得到第一混炼胶；
b)在第一混炼胶中加入层状无机填料和第二白炭黑，进行第二阶段混炼，得到第二混炼胶；
c)将第二混炼胶、硫化剂和促进剂混合，进行第三阶段混炼，得到轮胎胎面橡胶组合物。
本发明中，橡胶、填充油、炭黑、层状无机填料、硫化剂、促进剂的质量比为100：0～45：0～15：5～20：1.0～3.5：1.5～5.0；
第一白炭黑和第二白炭黑的总量与橡胶的质量比为50～90：100；
第一白炭黑和第二白炭黑的质量比为5～7：3～5。
本发明中，第一白炭黑和第二白炭黑为同一种白炭黑。
本发明中，第一阶段混炼包括第一压陀混炼和第二压陀混炼，第一压陀混炼至120～140℃，第二压陀混炼至150～160℃；
第二阶段混炼包括第三压陀混炼和第四压陀混炼，第三压陀混炼至120～140℃，第四压陀混炼至150～160℃；
第三阶段混炼包括第五压陀混炼，第五压陀混炼至95～110℃。
本发明中，第一阶段混炼和第二阶段混炼的间隔为3～24h；第二阶段混炼和第三阶段混炼的间隔为3～24h。
本发明中，各阶段混炼的时间间隔可稳定轮胎胎面橡胶组合物的制备工艺，保证轮胎胎面橡胶组合物的质量。
本发明中，步骤a)具体为加入溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、加工助剂如氧化锌、硬脂酸、防老剂、防护蜡、白炭黑分散剂和/或硅烷偶联剂，压陀保持10～30s，再加入炭黑和第一白炭黑，进行第一压陀混炼至120～140℃，提陀保持30～60s，再进行第二压陀混炼至150～160℃，采用双螺杆挤出机出片，得到第一混炼胶；
步骤b)具体为在第一混炼胶中加入层状无机填料，压陀保持10～30s，再加入第二白炭黑进行第三压陀混炼至120～140℃，提陀保持30～60s，再进行第二压陀混炼至150～160℃，采用双螺杆挤出机出片，得到第二混炼胶；
步骤c)具体为将第二混炼胶、硫化剂和促进剂混合，压陀保持30～60s，提陀保持10～30s，然后压陀保持30～60s，提陀保持10～30s，再进行第五压陀混炼至95～110℃，采用双螺杆挤出机出片，得到轮胎胎面橡胶组合物。
本发明轮胎胎面橡胶组合物的制备方法中，能很好控制层状无机填料的粒径及其在轮胎胎面橡胶组合物中的分散，增加橡胶表面粗糙度，提高轮胎在湿滑路面的抓着性能。
本发明还提供上述技术方案轮胎胎面橡胶组合物或上述技术方案制备方法制得的轮胎胎面橡胶组合物在轮胎中的应用，优选为在子午线轮胎中的应用。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
实施例1轮胎胎面橡胶组合物的制备
本发明实施例中，制备轮胎胎面橡胶组合物的步骤包括：
步骤a)：加入溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、加工助剂如氧化锌、硬脂酸、防老剂、防护蜡、白炭黑分散剂和/或硅烷偶联剂，压陀保持30s，再加入炭黑和第一白炭黑，进行第一压陀混炼至140℃，提陀保持30s，再进行第二压陀混炼至155℃，采用双螺杆挤出机出片，得到第一混炼胶；
步骤b)：在第一混炼胶中加入层状无机填料，压陀保持30s，再加入第二白炭黑进行第三压陀混炼至140℃，提陀保持30s，再进行第二压陀混炼至155℃，采用双螺杆挤出机出片，得到第二混炼胶；
步骤c)：将第二混炼胶、硫化剂和促进剂混合，压陀保持60s，提陀保持10s，然后压陀保持30s，提陀保持10s，再进行第五压陀混炼至110℃，采用双螺杆挤出机出片，得到轮胎胎面橡胶组合物。
步骤a)与步骤b)的时间间隔为4h，步骤b)与步骤c)的时间间隔为4h。
请参阅图1，为本发明实施例中层状无机填料在显微镜下的结构图。
本发明实施例中，以质量份计，轮胎胎面橡胶组合物的配方如表1所示。
表1不同轮胎胎面橡胶组合物的配方
表中，(1)溶聚丁苯橡胶：牌号SSBR 2466，购自台橡股份有限公司，结合苯乙烯含量为21％、乙烯基含量为68％，玻璃化转变温度Tg为-21℃；
(2)顺丁橡胶：牌号PBR-4076，购自德国朗盛公司，顺式1,4-丁二烯含量为98％，玻璃化转变温度Tg为-109℃；
(3)炭黑：牌号N234，购自江西黑猫炭黑股份有限公司；
(4)白炭黑：牌号7000Gr，购自赢创嘉联白炭黑(南平)有限公司；
(5)氧化锌：粉状氧化锌，购自大连氧化锌厂；
(6)造粒硬脂酸：购自马来西亚天然油脂化工；
(7)防老剂：N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺(6PPD)，购自朗盛化学(中国)有限公司；
(8)防老剂：2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹聚合体(TMQ)，购自天津市科迈化工有限公司；
(9)防老剂：N,N′-二甲苯基对苯二胺(DTPD)，购自江苏句容市兴春化工有限公司；
(10)防护蜡：牌号OK1891，购自百瑞美特殊材料(苏州)有限公司；
(11)白炭黑分散剂：牌号KA 9202，购自朗盛化学(中国)有限公司；
(12)层状无机填料：层状粘土，平均粒径为50nm，购自枣庄市三兴高新材料有限公司；
(13)层状无机填料：层状粘土，平均粒径为330nm，购自枣庄市三兴高新材料有限公司；
(14)硅烷偶联剂：牌号Si-69N，购自赢创岚星(日照)化学工业有限公司；
(15)填充油：环保芳烃油，购自中海沥青股份有限公司；
(16)硫黄：硫黄粉末，购自无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司；
(17)促进剂：N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(TBBS)，购自天津市科迈化工有限公司；
(18)促进剂：二苯胍(DPG)，购自天津市科迈化工有限公司；
(19)促进剂：一硫化四甲基秋兰姆(TMTM)，购自鹤壁联昊化工有限公司；
(20)防焦剂：N-环己基硫代邻苯二甲酞亚胺(CTP)，购自山东阳谷华泰化工股份有限公司。
实施例2轮胎胎面橡胶组合物性能的测定
对实施例1制备的轮胎胎面橡胶组合物进行性能检测，在25℃下测定轮胎胎面橡胶组合物的邵A硬度，在便携式摆动摩擦系数测定仪上测定轮胎胎面橡胶组合物的湿滑路面抓着性能，其中，摩擦块选用“Pavigres瓷砖”，指数越高，湿滑路面的抓着性能越好，测定结果如表2所示。
结果表明，本发明轮胎胎面橡胶组合物的配方与现有技术中的配方在具有相同或相近的邵A硬度时，层状无机填料的添加能够显著提高轮胎胎面橡胶组合物的湿滑路面抓着性能。此外，本发明轮胎胎面橡胶组合物的配方与现有技术中的配方在具有相同或相近的邵A硬度时，层状无机填料用量较大时，轮胎胎面橡胶组合物的湿滑路面抓着性能较高；在相同用量时，层状无机填料的平均粒径较大时，轮胎胎面橡胶组合物的湿滑路面抓着性能较小。本发明中，层状无机填料与橡胶之间的粘合力较低，在摩擦过程中、容易从橡胶上脱落，形成空穴，增加橡胶的表面粗糙度，从而增加轮胎胎面橡胶组合物的湿滑路面抓着性能。当层状无机填料的平均粒径较大时，橡胶的有效体积增加、反而降低湿滑路面抓着性能。
表2不同轮胎胎面橡胶组合物的性能
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，以重量份计，主要由以下组分混炼而成：
橡胶100份；
炭黑0～15份；
白炭黑50～90份；
层状无机填料5～20份；
填充油0～45份；
硫化剂1.0～3.5份；
促进剂1.5～5.0份。
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，所述橡胶包括溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶；
所述溶聚丁苯橡胶与所述顺丁橡胶的质量比为20～100：0～80。
3.根据权利要求1所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述层状无机填料为层状云母片、层状高岭土和层状粘土中的一种或多种。
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，所述层状无机填料的平均粒径为150～600nm。
5.根据权利要求2所述的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，所述溶聚丁苯橡胶中的结合苯乙烯含量为5％～40％；
所述溶聚丁苯橡胶中的乙烯基含量为10％～70％。
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，所述白炭黑的BET比表面积为115～200m2/g。
7.一种轮胎胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将橡胶、填充油、炭黑和第一白炭黑混合，进行第一阶段混炼，得到第一混炼胶；
b)在所述第一混炼胶中加入层状无机填料和第二白炭黑，进行第二阶段混炼，得到第二混炼胶；
c)将所述第二混炼胶、硫化剂和促进剂混合，进行第三阶段混炼，得到轮胎胎面橡胶组合物。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述橡胶、所述填充油、所述炭黑、所述层状无机填料、所述硫化剂、所述促进剂的质量比为100：0～45：0～15：5～20：1.0～3.5：1.5～5.0；
所述第一白炭黑和所述第二白炭黑的总量与橡胶的质量比为50～90：100；
所述第一白炭黑和所述第二白炭黑的质量比为5～7：3～5。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述第一阶段混炼包括第一压陀混炼和第二压陀混炼，所述第一压陀混炼至120～140℃，所述第二压陀混炼至150～160℃；
所述第二阶段混炼包括第三压陀混炼和第四压陀混炼，所述第三压陀混炼至120～140℃，所述第四压陀混炼至150～160℃；
所述第三阶段混炼包括第五压陀混炼，所述第五压陀混炼至95～110℃。
10.权利要求1至6任意一项所述轮胎胎面橡胶组合物或权利要求7至9任意一项所述制备方法制得的轮胎胎面橡胶组合物在轮胎中的应用。
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