CN113861533A - 一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物、混炼方法和轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明属于橡胶轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物、混炼方法和轮胎。一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，该橡胶组合物包括如下重量份数的组分：橡胶组分100.0重量份，白炭黑50.0‑100.0重量份，硅烷偶联剂3.0‑10.0重量份；所述的硅烷偶联剂的结构如图1所示；X在10‑16之间，y在1‑9之间。本发明引入了全新结构的硅烷偶联剂，在降低VOC排放的同时，可以改善胶料的动态性能，优化湿抓、降低生热。同时，硅烷偶联剂中的长链结构还可以起到屏蔽白炭黑表面硅羟基的作用，降低白炭黑之间的团聚，提高白炭黑的分散，以此进一步降低生热。
Description
技术领域
本发明属于橡胶轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物、混炼方法和轮胎。
背景技术
随着民众对低碳排放认识的提高，越来越多的用户开始关注汽车的油耗及碳排放。而轮胎作为汽车与路面接触的唯一零部件，其自身的滚动阻力对汽车油耗具有较大的影响。
与传统的炭黑补强相比，白炭黑可以更好的平衡轮胎的湿抓及滚阻性能，因此，近几年得到了各大轮胎企业的广泛应用。但是，由于白炭黑表面具有大量的硅羟基，使其难以分散并容易团聚。轮胎行业中普遍的做法是加入硅烷偶联剂，起到“桥”的作用，连接白炭黑与橡胶，以此改善白炭黑的分散。
目前，在轮胎行业用量最大的硅烷偶联剂是TESPT与TESPD，但在白炭黑用量较多时，此两种硅烷偶联剂会出现性能瓶颈，无法更好的提供白炭黑的分散。
发明内容
为了解决上述白炭黑分散问题，本发明开发了一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，并且使用此橡胶组合物制备的胶料，具有更加优异的动态性能，同时可以明显改善白炭黑的分散。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，该橡胶组合物包括如下重量份数的组分：橡胶组分100.0重量份，白炭黑50.0-100.0重量份，硅烷偶联剂3.0-10.0重量份；所述的硅烷偶联剂的结构如下所示：
X在10-16之间，y在1-9之间。
作为优选，该橡胶组合物包括如下重量份数的组分：橡胶组分100.0重量份，白炭黑70.0-90.0重量份，硅烷偶联剂5.5-7.5重量份。
作为优选，X选择12-14之间，y选择1-5之间。
作为最优选，X选择12之间，y选择3之间。
作为优选，橡胶组分选择天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶中的一种或多种。
作为优选，白炭黑为沉淀法白炭黑，选择氮吸附比表面积(NSA)在70-250m2/g之间。
作为优选，该橡胶组合物还包括3.0-6.0份活性剂、10.0-15.0份增塑剂、2.0-4.0份防老剂、2.5-5.0份促进剂和1.5-3.0份硫化剂。
作为优选，该橡胶组合物还包括10.0-12.0份环保芳烃油，2.0-4.0份氧化锌，1.5-3.0份硬脂酸，1.5-3.0份促进剂DPG，0.8-1.5份防老剂TMQ，1.0-2.0份防老剂6PPD，1.0-2.0份微晶蜡，1.0-2.0份促进剂CZ，0.15-0.25份促进剂TBzTD，1.5-3.0份硫磺。
进一步，本发明还公开了一种所述的橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：一、采用啮合型密炼机进行混炼，控制密炼机转子速度40-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持15秒；
②升上顶栓，加入白炭黑、硅烷偶联剂、促进剂DPG、橡胶活性剂、橡胶防老剂，压上顶栓使胶料升温至105℃；
③升上顶栓，加入环保油类增塑剂，保持8秒；
④压上顶栓使胶料升温至145℃，恒温保持60秒；
⑤升上顶栓，排胶压片；
二、采用切线型密炼机进行终炼加硫，控制密炼机转子速度15-30rpm，控制上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入混炼好的母胶，加入硫化剂、促进剂(除促进剂DPG外)；
②压上顶栓使胶料升温至75℃
③升上顶栓，保持8秒；
④压上顶栓使胶料升温至90℃；
⑤升上顶栓，保持8秒；
⑥压上顶栓使胶料升温至98℃，排胶压片。
进一步，本发明还公开了一种轮胎，该轮胎的胎面采用所述的橡胶组合物硫化制备得到。
采用本技术方案的有益效果是：本发明引入了全新结构的硅烷偶联剂，在降低VOC排放的同时，可以改善胶料的动态性能，优化湿抓、降低生热。同时，硅烷偶联剂中的长链结构还可以起到屏蔽白炭黑表面硅羟基的作用，降低白炭黑之间的团聚，提高白炭黑的分散，以此进一步降低生热。
附图说明
图1为本发明硅烷偶联剂的化学结构式图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。给予本发明中的实施例，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。
参比例
原材料组成：96.25份溶聚丁苯橡胶，30.0份丁二烯橡胶，80.0份白炭黑，11.0份环保芳烃油，6.4份硅烷偶联剂①，3.0份氧化锌，2.0份硬脂酸，2.0份促进剂DPG，1.0份防老剂TMQ，1.5份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.5份促进剂CZ，0.2份促进剂TBzTD，2.1份硫磺。
其中，溶聚丁苯橡胶，SBR3824，LG化学有限公司产品；白炭黑，1165MP，索尔维公司产品；硅烷偶联剂①为TESPT，江西宏柏新材料股份有限公司产品；其余产品皆为市售。
实施例Ⅰ
原材料组成：96.25份溶聚丁苯橡胶，30.0份丁二烯橡胶，80.0份白炭黑，11.0份环保芳烃油，6.4份硅烷偶联剂②，3.0份氧化锌，2.0份硬脂酸，2.0份促进剂DPG，1.0份防老剂TMQ，1.5份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.5份促进剂CZ，0.2份促进剂TBzTD，2.1份硫磺。
其中，溶聚丁苯橡胶，SBR3824，LG化学有限公司产品；白炭黑，1165MP，索尔维公司产品；硅烷偶联剂②具有图1所示结构，其中X为12，y为1；其余产品皆为市售。
实施例Ⅱ
原材料组成：96.25份溶聚丁苯橡胶，30.0份丁二烯橡胶，80.0份白炭黑，11.0份环保芳烃油，6.4份硅烷偶联剂③，3.0份氧化锌，2.0份硬脂酸，2.0份促进剂DPG，1.0份防老剂TMQ，1.5份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.5份促进剂CZ，0.2份促进剂TBzTD，2.1份硫磺。
其中，溶聚丁苯橡胶，SBR3824，LG化学有限公司产品；白炭黑，1165MP，索尔维公司产品；硅烷偶联剂③具有图1所示结构，其中X为12，y为3；其余产品皆为市售。
实施例Ⅲ
原材料组成：96.25份溶聚丁苯橡胶，30.0份丁二烯橡胶，80.0份白炭黑，11.0份环保芳烃油，6.4份硅烷偶联剂④，3.0份氧化锌，2.0份硬脂酸，2.0份促进剂DPG，1.0份防老剂TMQ，1.5份防老剂6PPD，1.5份微晶蜡，1.5份促进剂CZ，0.2份促进剂TBzTD，2.1份硫磺。
其中，溶聚丁苯橡胶，SBR3824，LG化学有限公司产品；白炭黑，1165MP，索尔维公司产品；硅烷偶联剂④具有图1所示结构，其中X为12，y为5；其余产品皆为市售。
上述参比例、实施例橡胶组合物的混炼方法，包括以下的步骤：
一、采用啮合型密炼机进行混炼，控制密炼机转子速度40-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持15秒；
②升上顶栓，加入白炭黑、硅烷偶联剂、促进剂DPG、橡胶活性剂、橡胶防老剂，压上顶栓使胶料升温至105℃；
③升上顶栓，加入环保油类增塑剂，保持8秒；
④压上顶栓使胶料升温至145℃，恒温保持60秒；
⑤升上顶栓，排胶压片；
二、采用切线型密炼机进行终炼加硫，控制密炼机转子速度15-30rpm，控制上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
①加入混炼好的母胶，加入硫化剂、促进剂(除促进剂DPG外)；
②压上顶栓使胶料升温至75℃
③升上顶栓，保持8秒；
④压上顶栓使胶料升温至90℃；
⑤升上顶栓，保持8秒；
⑥压上顶栓使胶料升温至98℃，排胶压片。
由参比例、实施例获得的橡胶组合物相关性能参数见表1。表1中除硬度结果外，其余皆以参比例性能为100％对实施例数据进行处理。
采用门尼粘度表征加工性能，数值越高，门尼粘度越低，加工性能越佳。采用RPA测试表征payne效应，数值越高，ΔGˊ越低，白炭黑分散越佳。采用DMA测试的方法表征橡胶组合物的动态粘弹性能，以0℃下tanδ表征橡胶组合物的湿地抓地性能，数值越高，tanδ越高，湿抓性能越佳；以60℃下tanδ表征橡胶组合物的生热性能，数值越高，tanδ越低，生热越低。
表1参比例与实施例胶料相关性能参数
上述胶料的测试结果可以说明，一种白炭黑填充的橡胶组合物在保证优异物性的基础上，具有更低的生热性能，更加优异的湿抓性能，同时加工性能、白炭黑分散也得到一定程度的改善。综合上述性能，实施例Ⅱ的性能最佳。
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，该橡胶组合物包括如下重量份数的组分：橡胶组分100.0重量份，白炭黑50.0-100.0重量份，硅烷偶联剂3.0-10.0重量份；所述的硅烷偶联剂的结构如下所示：
X在10-16之间，y在1-9之间。
2.根据权利要求1所述的一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物包括如下重量份数的组分：橡胶组分100.0重量份，白炭黑70.0-90.0重量份，硅烷偶联剂5.5-7.5重量份。
3.根据权利要求1或2所述的一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，X选择12-14之间，y选择1-5之间。
4.根据权利要求1或2所述的一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，X选择12之间，y选择3之间。
5.根据权利要求1或2所述的一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，橡胶组分选择天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、溶聚丁苯橡胶、乳聚丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶中的一种或多种。
6.根据权利要求1或2所述的一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，白炭黑为沉淀法白炭黑，选择氮吸附比表面积（NSA）在70-250 m2/g之间。
7.根据权利要求1或2所述的一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物还包括3.0-6.0份活性剂、10.0-15.0份增塑剂、2.0-4.0份防老剂、2.5-5.0份促进剂和1.5-3.0份硫化剂。
8.根据权利要求1或2所述的一种白炭黑填充的轮胎胎面橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物还包括10.0-12.0份环保芳烃油， 2.0-4.0份氧化锌，1.5-3.0份硬脂酸，1.5-3.0份促进剂DPG，0.8-1.5份防老剂TMQ，1.0-2.0份防老剂6PPD，1.0-2.0份微晶蜡，1.0-2.0份促进剂CZ，0.15-0.25份促进剂TBzTD，1.5-3.0份硫磺。
9.权利要求8任意一项权利要求所述的橡胶组合物的混炼方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤： 一、采用啮合型密炼机进行混炼，控制密炼机转子速度40-55rpm，控制上顶栓压力55±2N/cm2，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
① 加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持15秒；
② 升上顶栓，加入白炭黑、硅烷偶联剂、促进剂DPG、橡胶活性剂、橡胶防老剂，压上顶栓使胶料升温至105℃；
③ 升上顶栓，加入环保油类增塑剂，保持8秒；
④ 压上顶栓使胶料升温至145℃，恒温保持60秒；
⑤ 升上顶栓，排胶压片；
二、采用切线型密炼机进行终炼加硫，控制密炼机转子速度15-30rpm，控制上顶栓压力4.2±0.2bar，密炼机冷却水温度25-40℃；具体包括以下的工艺步骤：
① 加入混炼好的母胶，加入硫化剂、促进剂（除促进剂DPG外）；
② 压上顶栓使胶料升温至75℃
③ 升上顶栓，保持8秒；
④ 压上顶栓使胶料升温至90℃；
⑤ 升上顶栓，保持8秒；
⑥ 压上顶栓使胶料升温至98℃，排胶压片。
10.一种轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的橡胶组合物硫化制备得到。
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