CN114230884A - 一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物及其混炼方法和轿车胎 - Google Patents

一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物及其混炼方法和轿车胎 Download PDF

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Abstract

本发明涉及轿车轮胎制造胎面新材料技术领域,尤其涉及一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物及其混炼方法和轿车胎。该组合物采用两种丁苯橡并用的生胶体系提升干湿地性能和操控性能;采用高填充的填料体系,提升干湿地性能和操控性能;采用高分数的树脂补强橡胶聚合物提升干湿地性能;采用不同比表面积白炭黑并用的体系降低滚动阻力;采用两种硅烷偶联剂并用的体系分别对白炭黑和橡胶进行改性降低滚动阻力。采用该组合物作为胎面胶料,达到了高的湿地性能、干地性能、操控性能、滚动阻力的要求。

Description

一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物及其混炼方法和轿车胎
技术领域
本发明涉及轿车轮胎制造胎面新材料技术领域,尤其涉及一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物及其混炼方法和轿车胎。
背景技术
轮胎的安全性能愈发重要,特别是干、湿地性能。通常胎面橡胶混合物中采用大量的白炭黑提升轮胎的安全性能。随着白炭黑的用量的增加,轮胎的安全性能提升,但橡胶组合物的滞后损失也随之增加,轮胎的滚阻阻力也随之增加。
有专利CN109251379B介绍了一种低填充高性能轮胎胎面胶料和轮胎,专利中采用低填充、高比表面积的白炭黑降低滚阻,采用巯基硅烷改性白炭黑,轮胎的滚动阻力得到较大的改善,然而对干地性能、操控性能没有涉及。
有专利CN111065676A介绍了高抓地轮胎用橡胶组合物,专利中采用高填充的配方体系、改性液体橡胶、改性的溶聚丁苯,抓地性能、湿抓地性能、滚动阻抗性能得到改善。
有专利CN112852035A介绍了用于超高湿抓性能、低滞后损失的乘用子午线轮胎胎面的橡胶组合物,采用改性的高苯乙烯的溶聚丁苯、3-辛酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷(NXT),湿地性能得到较大的提升,兼顾滚动阻力。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明的目的是提供一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,采用该组合物作为胎面胶料,达到了高的湿地性能、干地性能、操控性能、滚动阻力的要求。
为了实现上述的目的,本发明采用了以下的技术方案:
一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,该组合物按纯橡胶为100重量份计包括以下的原料混炼制备得到:
Figure BDA0003439540280000011
Figure BDA0003439540280000021
所述的丁苯橡胶A中苯乙烯的质量占偶联剂总重的10~40%,乙烯基占丁二烯总重的20~70%,丁苯橡胶B中苯乙烯的质量占偶联剂总重的20~50%,乙烯基占丁二烯总重的10~50%;白炭黑A的氮吸附比表面积BET为120m2/g-300m2/g,白炭黑B的氮吸附比表面积BET为50m2/g-160m2/g,白炭黑A的氮吸附比表面积大于白炭黑B的氮吸附比表面积;硅烷偶联剂A为双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物、双(γ-三乙氧基硅基丙基)二硫化物中的一种或其中的两种的混合物,其中硫元素占硅烷偶联剂A重量的5%~30%,硅烷偶联剂B为巯基类硅烷偶联剂,其中硫元素占硅烷偶联剂B重量的0.1%~10%,所述的硅烷偶联剂A对白炭黑进行改性,硅烷偶联剂B对橡胶进行改性。
作为优选,该组合物按纯橡胶为100重量份计包括以下的原料混炼制备得到:
Figure BDA0003439540280000022
作为再优选,该组合物按纯橡胶为100重量份计包括以下的原料混炼制备得到:
Figure BDA0003439540280000023
作为优选,所述的树脂为为C5、C5/C9、DCPD、萜烯酚类(萜烯、萜烯苯酚类)、芳香烃(苯乙烯、α-甲基苯乙烯类)中的一种或者二种及其以上的混合物。
作为优选,所述的丁苯橡胶A中苯乙烯的质量占偶联剂总重的10~25%,乙烯基占丁二烯总重的20~40%,丁苯橡胶B中苯乙烯的质量占偶联剂总重的30~45%,乙烯基占丁二烯总重的30~50%,并且丁苯橡胶B含油量25-30%。
作为优选,所述的白炭黑A的氮吸附比表面积BET为160m2/g-250m2/g;白炭黑B的氮吸附比表面积BET为80m2/g-150m2/g。
作为优选,该组合物的原料还包括氧化锌、硬脂酸、防老剂、分散剂、微晶蜡、促进剂、硫化剂中的一种或多种混合。
作为优选,该组合物的原料还包括氧化锌1.0-4.0份、硬脂酸0.5-1.5份、防老剂6PPD1.5-3.0份、防老剂TMQ0.5-1.5份、分散剂1.5-3.0份、微晶蜡1.5-3.0份、促进剂CZ1.5-3.0份、促进剂DPG1.5-3.0份和硫磺1.0-2.5份。
进一步,本发明还公开了一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物的混炼方法,该方法包括以下的步骤:
第1步混炼,采用密炼机进行混炼,将天然橡胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、80%~99%的白炭黑、硅烷偶联剂A、炭黑、树脂进行混炼,在135℃~160℃区间恒温150秒~300秒,在恒温过程中白炭黑与硅烷偶联剂A发生硅烷化反应,得到混合物M;
第2步混炼,采用密炼机进行混炼,将混合物M和1%~20%的白炭黑、硅烷偶联剂B进行混炼,在125℃~145℃区间恒温150秒~300秒,在这个混合过程中,硅烷偶联剂B对橡胶进行改性,并与剩余的白炭黑进行硅烷化反应,得到混合物N;
第3步混炼,采用密炼机进行混炼,将混合物N、促进剂CZ、硫磺、促进剂DPG共同混炼,所得最终的胎胎面橡胶组合物Y。
进一步,本发明还公开了一种轿车胎,该轿车胎的胎面采用所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物硫化制备得到。
本发明由于采用了上述的技术方案,该组合物采用两种丁苯橡并用的生胶体系提升干湿地性能和操控性能;采用高填充的填料体系,提升干湿地性能和操控性能;采用高分数的树脂补强橡胶聚合物提升干湿地性能;采用不同比表面积白炭黑并用的体系降低滚动阻力;采用两种硅烷偶联剂并用的体系分别对白炭黑和橡胶进行改性降低滚动阻力。采用该组合物作为胎面胶料,达到了高的湿地性能、干地性能、操控性能、滚动阻力的要求。
具体实施方式
下面结合本发明实施例,将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,都属于本发明保护范围。
对比例和实施例1-17,如表1所示:
表1对比例和实施例1-17
Figure BDA0003439540280000041
续表1
Figure BDA0003439540280000042
Figure BDA0003439540280000051
表1中备注如下所示:
1天然橡胶STR20,泰国产品
2丁苯橡胶A,NS612,苯乙烯质量占聚合物总重的15%,乙烯基占丁二烯总重的30%,ZEON化学有限公司产品
3丁苯橡胶B,为丁苯橡胶VSL2438-2HM,苯乙烯质量占聚合物总重的38%,乙烯基占丁二烯总重的39%,含油量27.3%,阿朗新科有限公司产品
4白炭黑A,200MP,BET=205m2/g,索尔维化工产品
5白炭黑B,1115MP,BET=115m2/g,索尔维化工产品
6炭黑N234,卡博特产品
7硅烷偶联剂A,Si75,浙江金茂橡胶助剂品有限公司产品
8硅烷偶联剂B,Si747,江苏麒祥化工产品
9橡胶加工油,V700,宁波汉圣化工有限公司产品
10树脂,SYLVATRAXX 4401,科腾化学有限公司产品
11氧化锌,石家庄志亿锌业有限公司产品
12硬脂酸,杭州油脂化工有限公司
13防老剂6PPD,山东圣奥化学科技有限公司
14防老剂RD,科迈化工有限公司产品
15分散剂SPA,威海隆茵达纳米材料有限公司产品
16微晶蜡1987,百瑞美特殊化学品(苏州)有限公司产品
17促进剂CZ,山东尚舜化工有限公司产品
18硫磺S200-10S,无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司产品
19促进剂DPG,山东尚舜化工有限公司。
传统的混炼方法
第1步混炼,采用密炼机进行混炼,将天然胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、白炭黑、硅烷偶联剂、氧化锌、防老剂6PPD、防老剂RD、微晶蜡、分散剂同时加入密炼机进行混炼,在150℃区间恒温200秒,让橡胶组合物的内部的化学反应能够有效的进行,所得混合物M;
第2步混炼,采用密炼机进行混炼,混合物M、促进剂CZ、硫磺、促进剂DPG加入密炼共同混炼,所得最终的胎面橡胶组合物Y。
本发明专利提供的混炼的方法
第1步混炼,采用密炼机进行混炼,将天然橡胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、90%的白炭黑、硅烷偶联剂A、炭黑、树脂进行混炼,在150℃区间恒温200秒,在恒温过程中白炭黑与硅烷偶联剂A发生硅烷化反应,得到混合物M;
第2步混炼,采用密炼机进行混炼,将混合物M和10%的白炭黑、硅烷偶联剂B进行混炼,在130℃区间恒温200秒,在这个混合过程中,硅烷偶联剂B对橡胶进行改性,并与剩余的白炭黑进行硅烷化反应,得到混合物N;
第3步混炼,采用密炼机进行混炼,将混合物N、促进剂CZ、硫磺、促进剂DPG共同混炼,所得最终的胎面橡胶组合物Y。
用于评价性能的方法
粘弹性能测试
测量数据为0℃Tanδ,20℃Tanδ,20℃E’,60℃Tanδ;
测试条件为频率20Hz,动应变0.25%;
测试设备为日本UESHIMA公司制造的VR-7120型动态热机械分析。
湿地性能
湿地性能用0℃Tanδ表征,数值越高,湿抓性能越好,0℃Tanδ指数见公式(一):
Figure BDA0003439540280000061
干地性能
干地性能用20℃Tanδ表征,数值越高,干地性能越好,20℃Tanδ指数见公式(一):
Figure BDA0003439540280000071
操控性能
操控性能用20℃E’表征,数值越高,操控性能越好,20℃E′指数见公式(三):
Figure BDA0003439540280000072
滚动阻力
滚动阻力用60℃Tanδ表征,数值越低,滚动阻力越低,60℃Tanδ指数见公式(四):
Figure BDA0003439540280000073
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)

1.一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,其特征在于,该组合物按纯橡胶为100重量份计包括以下的原料混炼制备得到:
天然橡胶 0~50份
丁苯橡胶A 10~50份
丁苯橡胶B 40~70份
白炭黑A 40~120份
白炭黑B 1.0~30份
硅烷偶联剂A 1.0~20份
硅烷偶联剂B 0.5~10份
炭黑 1.0~30份
树脂 1.0~50份;
所述的丁苯橡胶A中苯乙烯的质量占偶联剂总重的10~40%,乙烯基占丁二烯总重的20~70%,丁苯橡胶B中苯乙烯的质量占偶联剂总重的20~50%,乙烯基占丁二烯总重的10~50%;白炭黑A的氮吸附比表面积BET为120m2/g-300m2/g,白炭黑B的氮吸附比表面积BET为50m2/g-160m2/g,白炭黑A的氮吸附比表面积大于白炭黑B的氮吸附比表面积;硅烷偶联剂A为双(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物、双(γ-三乙氧基硅基丙基)二硫化物中的一种或其中的两种的混合物,其中硫元素占硅烷偶联剂A重量的5%~30%,硅烷偶联剂B为巯基类硅烷偶联剂,其中硫元素占硅烷偶联剂B重量的0.1%~10%,所述的硅烷偶联剂A对白炭黑进行改性,硅烷偶联剂B对橡胶进行改性。
2.根据权利要求1所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,其特征在于,该组合物按纯橡胶为100重量份计包括以下的原料混炼制备得到:
天然橡胶 10~30份
丁苯橡胶A 20~40份
丁苯橡胶B 45~65份
白炭黑A 70~100份
白炭黑B 10~25份
硅烷偶联剂A 5.0~15份
硅烷偶联剂B 1.0~8.0份
炭黑 5.0~20份
树脂 20~45份。
3.根据权利要求1所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,其特征在于,该组合物按纯橡胶为100重量份计包括以下的原料混炼制备得到:
天然橡胶 10~20份
丁苯橡胶A 25~35份
丁苯橡胶B 50~60份
白炭黑A 75~90份
白炭黑B 15~25份
硅烷偶联剂A 6.0~10份
硅烷偶联剂B 2.0~6.0份
炭黑 8.0~15份
树脂 35~42份。
4.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,其特征在于,所述的树脂为为C5、C5/C9、DCPD、萜烯酚类(萜烯、萜烯苯酚类)、芳香烃(苯乙烯、α-甲基苯乙烯类)中的一种或者二种及其以上的混合物。
5.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,其特征在于,所述的丁苯橡胶A中苯乙烯的质量占偶联剂总重的10~25%,乙烯基占丁二烯总重的20~40%,丁苯橡胶B中苯乙烯的质量占偶联剂总重的30~45%,乙烯基占丁二烯总重的30~50%,并且丁苯橡胶B含油量25-30%。
6.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,其特征在于,所述的白炭黑A的氮吸附比表面积BET为160m2/g-250m2/g;白炭黑B的氮吸附比表面积BET为80m2/g-150m2/g。
7.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,其特征在于,该组合物的原料还包括氧化锌、硬脂酸、防老剂、分散剂、微晶蜡、促进剂、硫化剂中的一种或多种混合。
8.根据权利要求1-3任意一项权利要求所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物,其特征在于,该组合物的原料还包括氧化锌1.0-4.0份、硬脂酸0.5-1.5份、防老剂6PPD1.5-3.0份、防老剂TMQ0.5-1.5份、分散剂1.5-3.0份、微晶蜡1.5-3.0份、促进剂CZ1.5-3.0份、促进剂DPG1.5-3.0份和硫磺1.0-2.5份。
9.权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种高性能轿车胎胎面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:
第1步混炼,采用密炼机进行混炼,将天然橡胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、80%~99%的白炭黑、硅烷偶联剂A、炭黑、树脂进行混炼,在135℃~160℃区间恒温150秒~300秒,在恒温过程中白炭黑与硅烷偶联剂A发生硅烷化反应,得到混合物M;
第2步混炼,采用密炼机进行混炼,将混合物M和1%~20%的白炭黑、硅烷偶联剂B进行混炼,在125℃~145℃区间恒温150秒~300秒,在这个混合过程中,硅烷偶联剂B对橡胶进行改性,并与剩余的白炭黑进行硅烷化反应,得到混合物N;
第3步混炼,采用密炼机进行混炼,将混合物N、促进剂CZ、硫磺、促进剂DPG共同混炼,所得最终的胎胎面橡胶组合物Y。
10.一种轿车胎,其特征在于,该轿车胎的胎面采用权利要求1-8任意一项权利要求所述的一种高性能轿车胎胎面橡胶组合物硫化制备得到。
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