CN113801381A

CN113801381A - 一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法

Info

Publication number: CN113801381A
Application number: CN202111232487.2A
Authority: CN
Inventors: 伍少海; 赵江; 张剑; 俞华英; 刘蓉; 任一方
Original assignee: Chemchina Shuguang Rubber Industry Research and Design Institute Co Ltd
Current assignee: Chemchina Shuguang Rubber Industry Research and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2021-10-22
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2021-12-17
Anticipated expiration: 2041-10-22
Also published as: CN113801381B

Abstract

本发明公开了一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法及其制备方法，该胎面胶以国产天然橡胶为生胶体系，以N234炭黑和隐晶质石墨为补强体系，采用了隐晶质石墨部分替代炭黑，在提高胶料的导热性和拉伸强度的同时降低胶料的生热，并与白炭黑、新型硅烷偶联剂、不溶性硫黄、磺酰胺类硫化促进剂等辅助材料相互配合，使得橡胶胶料具有良好的综合性能。该胶料用作航空轮胎的胎面胶，轮胎在苛刻的高速、高载的使用条件下不会因为胎面生热高而出现掉块、内部脱层、甩胎面等质量问题，轮胎使用安全。

Description

一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶加工及生产技术领域，具体是一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法及其制备方法。

背景技术

航空轮胎作为飞机与地面唯一接触的部件，承受并传递飞机与跑道之间的动静载荷。它在高速高载的苛刻条件下使用，其设计生产技术被称为轮胎制造行业金字塔塔尖。胎面胶位于航空轮胎的最外层，直接与跑道接触，受到的磨损、撕裂和挤压力很大，是航空轮胎承受外部应力较苛刻的部分。此外，由于胎面与地面长时间摩擦产生热量，橡胶的粘弹特性引起的滞后生热，而橡胶又是热的不良导体，三者的综合作用极易引起胎面胶胶料内部热积累，加速胎面的老化，影响轮胎的使用寿命。

基于航空轮胎胎面胶的使用工况和使用特点，航空轮胎胎面胶必须具有高抗冲击、耐撕裂性、抗刺扎性、耐疲劳性能良好、低生热、导热性好以及较长的使用寿命等。开发一种综合性能高的航空轮胎胎面胶对保证飞机的安全行驶、延长轮胎的使用寿命具有重大的意义。

在橡胶工业中，炭黑是最重要的橡胶补强材料，改善胶料的加工性能，并赋予轮胎良好的耐磨耗、耐撕裂、耐热等多种性能。然而炭黑存在加工污染大、能耗大、添加时易飞扬等缺点，不利于实现碳达峰、碳中和的发展目标，因此寻找一种可替代炭黑的材料成为橡胶行业的迫切需要。隐晶质石墨是炭黑的一种同素异形体，两者具有相似的微观结构，导热性优良，超细粉碎后在橡胶基体中容易分散，因此天然隐晶质石墨作为新型橡胶补强填料具有极好的潜在应用价值。将石墨部分取代炭黑作为天然橡胶的补强增韧材料，可提高胶料的导热性能，既能大幅降低航空轮胎的生产成本，又能极大促进对我国丰富的石墨资源综合的利用，在经济和生产上都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法及其制备方法，该胶料以国产高端天然橡胶为主材料，加入隐晶质石墨、N234炭黑、白炭黑、新型硅烷偶联剂、不溶性硫黄、磺酰胺类硫化促进剂为主要辅助材料，并按一定配比通过一定的工艺制成，具有压缩生热低、导热性高的效果，且拉伸强度和撕裂强度高，加工性能良好。

实现本发明目的的技术方案是：

一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法，由下述质量份配比的原料制成：

天然橡胶100份，白炭黑5～10份，N234炭黑35～40份，隐晶质石墨10～15份，硅烷偶联剂KH-845-4 2～3份，热稳定剂HS-80 1～2份，氧化锌4～5份，硬脂酸2份，防老剂40202～2.5份，防老剂S-RD 1～2份，芳烃油2～4份，不溶性硫磺1.5～2份，促进剂NOBS 0.8～1.3份，防焦剂CTP 0.2～0.3份。

一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法的制备方法，包括如下步骤：

1）将天然橡胶于密炼机中进行密炼，密炼温度为从80℃～85℃升至90℃～95℃，得到第一密炼料；

2）将热稳定剂、硬脂酸、氧化锌、防老剂按照比例加入步骤1）得到的第一密炼料中进行密炼，密炼温度为从90℃～95℃升至100℃～105℃，得到第二密炼料；

3）将白炭黑、硅烷偶联剂、N234炭黑、隐晶质石墨按照比例加入步骤2）得到的第二密炼料中进行密炼，密炼温度为100℃～105℃升至140℃～145℃，制得第三密炼料；

4）将第三密炼料从密炼机中排出并冷却后停放24h～36h，得到一段混炼胶；一段混炼时间约为7 min～10min。

5）将不溶性硫黄、促进剂NOBS、防焦剂按照比例与一段混炼胶一同投入密炼机中混炼，混炼温度至100℃～105℃，得到二段混炼胶；

6）将二段混炼胶置于开炼机中，2mm开炼包辊，左右3/4割胶各三次，2mm包辊下片，停放24h～72h后，得到终炼胶，即胎面混炼胶。

所述的一段混炼胶，与不溶性硫黄、促进剂NOBS、防焦剂混合前，停放16h～24h。

本发明提供的一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法及其制备方法，该胎面胶以国产高端天然橡胶作为生胶体系，在胶料受到反复冲击的大形变疲劳过程中，具有拉伸结晶特性的高端国产天然橡胶展示出良好的抗冲击性能，具有优异的力学综合性能和加工性能的特点。补强体系采用N234炭黑并用部分隐晶质石墨，N234炭黑是一种新工艺高结构中超耐磨炭黑，粒子较细、结构较高、内部孔隙多，具有较好的导电性，加入N234炭黑的胎面胶疲劳性能好、强度高，耐磨性和回弹性明显提高；使用经过改性的断面丰富、表面粗糙并具备较多结构缺陷的隐晶质石墨加入橡胶中可以增强橡胶/填料的界面作用，提高胶料的导热性和拉伸强度、降低其生热。。白炭黑可显著提高胶料的抗撕裂性能、降低胶料的滞后生热，将白炭黑与炭黑并用可使胶料获得较好的综合性能。选用硅烷偶联剂KH-845-4可提高橡胶的拉伸强度，降低永久变形率并增强耐磨性。使用的热稳定剂HS-80能通过抑制硫化胶中多硫键在苛刻使用条件下的断裂，同时促进多硫键向双硫键和单硫键转化，保持胶料的交联密度在使用过程中的稳定水平，提高硫化胶的物理性能保持率，延长轮胎使用寿命。采用对苯二胺类防老剂4020和酮胺类防老剂S-RD并用的防老体系，防老剂4020对屈挠疲劳、热氧等老化具有良好的防护效果，防老剂S-RD具有抑制条件苛刻的氧化和热老化的作用，对热、氧和铜、锰等有害金属有较好的防护作用。使用的不溶性硫磺是硫磺深加工的一种线型长链的高分子聚合物，与普通硫磺相比，它可保障胶料在存放过程中不喷霜，克服因喷霜造成胶料粘合力差的缺点，有利于成型操作。选用芳烃油作为胶料的增塑剂，可提高半成品的加工工艺性能，保证半成品的尺寸稳定性；采用防焦剂CTP可延长胶料的焦烧时间，保证胎面胶胶料有充分的时间进行混炼、挤出成型，大幅度提高胶料加工安全性。

上述材料的相互配合，使得橡胶胶料具有良好的综合性能。该胶料用作航空轮胎的胎面胶，轮胎在苛刻的高速、高载的使用条件下不会因为胎面生热高而出现掉块、内部脱层、甩胎面等质量问题，轮胎使用安全。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明制备的航空轮胎胎面胶，具有生热低、热导率高、物理机械性能优异、易加工等特点，提高了生产安全性和生产效率，降低生产成本和能耗。

2.本发明采用国产高端天然橡胶，解决了原材料使用的国产化问题；其综合性能优异，制备的胎面胶更能适应未来新型航空轮胎高速、高载的性能要求。

3.本发明使用的隐晶质石墨来源广，价格低廉，将其应用于航空轮胎胶料中，胶料的力学综合性能优异，生热低，导热性能好，并拓展了隐晶质石墨的应用领域，降低了航空轮胎的生产成本。

附图说明

图1是隐晶质石墨的SEM图；图2是按实施例1配方制备的硫化胶SEM图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明内容做进一步阐述，但不是对本发明的限定。

实施例：

采用上述技术方案中的原料，制定如下质量份的实施例1～3和对比例1：

表1 实施例及对比例的各原料用量

原材料名称	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1
					国产高端天然橡胶	100	100	100	100
白炭黑	5	8	10	8
					N234炭黑	40	38	35	50
隐晶质石墨	10	10	15	0
					硅烷偶联剂KH-845-4	2	3	3	2
热稳定剂HS-80	1.0	1.0	1.5	1.0
					氧化锌	5	4	5	4
硬脂酸	2	2	2	2
					防老剂4020	2.5	2.5	2.0	2.5
防老剂S-RD	1.0	1.4	2.0	1.4
					芳烃油	4	2	2	2
不溶性硫黄	2	1.8	1.5	1.8
					促进剂NOBS	0.8	1.0	1.3	1.0
防焦剂CTP	0.2	0.3	0.3	0.3

将上述实施例1～3和对比例1所列的原料，按照下述步骤制备成航空轮胎胎面胶料：

一段混炼：

（1）将天然橡胶塑炼胶投入密炼机，混炼温度为从80℃～85℃升至90℃～95℃；

（2将热稳定剂、硬脂酸、氧化锌、防老剂按照比例投入密炼机，混合密炼，混炼温度为从90℃～95℃升至100℃～105℃；

（3）将白炭黑、硅烷偶联剂、N234炭黑、隐晶质石墨按照比例投入密炼机，混合密炼，混炼温度为从100℃～105℃升至140℃～145℃；

（4）待混炼温度达到140℃～145℃，将混合物排出密炼机至压片机上下片，冷却，25℃停放24 h～36h，，此胶为一段混炼胶；一段混炼时间约为7 min～10min。

二段混炼：

（1）将一段混炼胶停放16h～24h后（混炼后停放一段时间有利于橡胶与炭黑形成结合胶，提高混炼胶性能），将不溶性硫黄、促进剂NOBS、防焦剂按照比例与一段混炼胶一起投入密炼机，混合密炼至100℃～105℃；

（2）将混合物排出密炼机至开炼机，2mm开炼包辊，左右3/4割胶各三次，2mm包辊下片，25℃停放24h～72h，得到终炼胶，即：胎面混炼胶。

上述实施例1～3中使用的隐晶质石墨，其SEM图如图1所示，从图中可以看出本专利所用的隐晶质石墨，其断面丰富、表面粗糙、石墨片层结构明显，并具备较多结构缺陷，该石墨加入橡胶中可以增强橡胶/填料的界面作用。

实施例1制得的胎面胶，其SEM图如图2所示，从图中可以看出，采用该工艺制备的硫化橡胶，填料分散较为均匀，隐晶质石墨完全嵌入橡胶基体中，显示出与橡胶基体较强的界面作用。

将上述实施例1～3和对比例1所制得的胶料进行性能测试，结果如下表2所示：

表2 对应的实施例及对比例胶料性能对比表

项目	单位	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1
						拉伸强度	MPa	29	30	31	28
扯断伸长率	%	560	589	600	541
						撕裂强度	MPa	115	118	120	95
压缩疲劳温升	℃/25min	31	30	28	33
						热导率	W/（m﹒K）	0.31	0.33	0.34	0.23
阿克隆磨耗量	cm<sup>3</sup>/1.61km	0.10	0.13	0.15	0.11
						切割减量	g	0.95	1.11	1.20	0.89

从上述性能结果可知，相比于单纯用炭黑进行补强的硫化胶，本发明用隐晶质石墨部分替代炭黑制备航空轮胎胎面胶的拉伸强度、扯断伸长率和撕裂强度更高，生热更低，导热性能明显提高，抗刺扎性能更好。

Claims

1.一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法，由下述质量份配比的原料制成：

天然橡胶100份，白炭黑5～10份，N234炭黑35～40份，隐晶质石墨10～15份，硅烷偶联剂KH-845-4 2～3份，热稳定剂HS-80 1～2份，氧化锌4～5份，硬脂酸2份，防老剂4020 2～2.5份，防老剂S-RD 1～2份，芳烃油2～4份，不溶性硫磺1.5～2份，促进剂NOBS 0.8～1.3份，防焦剂CTP 0.2～0.3份。

2.根据权利要求1所述的一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法，其特征在于，该胎面胶的制备方法，包括如下步骤：

4）将第三密炼料从密炼机中排出并冷却后停放24 h～36 h，得到一段混炼胶；一段混炼时间约为7 min～10 min;

3.根据权利要求2所述的一种高性能航空轮胎胎面胶及其制备方法，其特征在于，所述的一段混炼胶，与不溶性硫黄、促进剂NOBS、防焦剂混合前，停放16h～24h。