CN114957820B - 一种胎面胶组合物及其混炼方法、应用和轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轮胎的制造领域，尤其涉及一种胎面胶组合物及其混炼方法、应用和轮胎。该组合物降低了不同使用环境温度对轮胎的磨耗性能的影响，特别是轮胎在低温环境下使用时磨耗性能下降的问题，同时降低轮胎的滚动阻力，并保持轮胎的湿地性能。

Description

一种胎面胶组合物及其混炼方法、应用和轮胎
技术领域
本发明涉及轮胎的制造领域，尤其涉及一种胎面胶组合物及其混炼方法、应用和轮胎。
背景技术
轮胎胎面胶与路面直接接触，要求胎面胶具有优秀的干地制动性能、湿地制动性能、耐磨性能、物理性能、耐候性性能。
轮胎使用的环境包括负载、温度、车辆状况、路况等。其中轮胎使用的环境温度是一个相对独立的影响因素。近年来，我国中西部、北方地区的客户反馈轮胎在冬季使用的行驶里程要比夏季短，即轮胎在冬季使用时耐磨性能下降。
专利CN112175254A介绍一种冬季轮胎的胎面橡胶组合物及其制备方法，专利中通过改性芳纶短纤维sulfron300增加胎面与冰路面之间的相互作用，以此提高摩擦力。加入耐低温树脂Nanoprene可配合短纤维对轮胎的低温性能进一步加强。
专利CN111333934A介绍四季型全钢冰雪地轮胎胎面橡胶组合物，专利中采用天然橡胶、液体橡胶、低苯乙烯/乙烯基的溶聚丁苯、低比表面积白炭黑、长链聚硫烷基改性的超级硅烷偶联剂Si-769等。使用该胎面橡胶组合物制造的轮胎在雪地路面有优异的雪地抓着力，在全冰路面抓着力仍保持优良的抓地力，而且具有优异的滚动阻力性能、抗湿滑性能和耐磨耗性能。
专利CN113337020A介绍一种高耐磨橡胶组合物及其应用，通过利用多支链结构的溶聚丁苯橡胶作为主体，其结构中含有大量支链端基，末端活性基团能够更好的结合补强剂等，提升橡胶组合物的耐磨性能，同时维持滚动阻力和湿滑路面操控性能基本不变，适合在电动汽车轮胎等方面的应用。
专利CN106947129A介绍具有针对低温性能和湿牵引力的胎面的轮胎，专利中涉及针对促进在低温下的冬季功用和促进湿牵引力的组合的轮胎，其具有含有高Tg和低Tg合成弹性体的共混物的橡胶组合物的胎面。高Tg弹性体包括高乙烯基聚了二烯橡胶，且低Tg弹性体包括顺式1,4聚丁二烯橡胶。专利中采用-30E’预测寒冷气候(冬季)性能(刚度)，该值越低的，具有更好的冬季性能。专利中采用DIN磨耗预测胎面的磨耗性能。
前面所涉及的专利，均未涉及轮胎在不同环境温度下使用时，轮胎耐磨性能的影响。
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胎面胶组合物，该组合物降低了不同使用环境温度对轮胎的磨耗性能的影响，特别是轮胎在低温环境下使用时磨耗性能下降的问题，同时降低轮胎的滚动阻力，并保持轮胎的湿地性能。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
一种胎面胶组合物，按橡胶组分为100份计，该橡胶组合物由以下的组分混炼制备得到：
天然橡胶2.0～20份；
顺丁橡胶10～40份；
丁苯橡胶A 30～50份；
丁苯橡胶B 20～40份；
炭黑2.0～20份；
白炭黑70～120份；
硅烷偶联剂2.0～10.0份；
树脂5.0～40份；
分散剂1.0～10份；
氧化锌1.0～4.0份；
硬脂酸0.1～3.0份；
防老剂1.0-5.0份；
微晶蜡0.5～3.0份；
促进剂0.3～4.0份；
硫磺0.3～3.0份；
有机硫给予体0.1～3.0份；
所述顺丁橡胶中顺式(Cis)丁二烯的质量占聚合物总重的90-98％；丁苯橡胶A中苯乙烯质量占聚合物总重的30-32％，乙烯基占丁二烯总重的33-35％，丁苯橡胶B中苯乙烯质量占聚合物总重的35-36％，乙烯基占丁二烯总重的38-42％。
作为优选，上述天然橡胶5.0～10份；
顺丁橡胶25～35份；
丁苯橡胶A 35～40份；
丁苯橡胶B 30～35份；
炭黑5.0～15份；
白炭黑75～100份；
硅烷偶联剂5.0～8.0份；
树脂15～35份；
分散剂2.0～5.0份。
作为优选，所述的炭黑采用高耐磨或中超耐磨炭黑补强橡胶，炭黑的粒径在20-40nm，吸碘值在80～160g/kg，压缩吸油值在90～15010-5m3/kg，CTAB吸附比表面积90～150103m2/kg；所述的白炭黑的氮吸附比表面积(BET)为120m2/g以上，260m2/g以下。本发明采用高耐磨或中超耐磨炉黑用于改善轮胎的磨耗性能。白炭黑主要用于改善轮胎的湿地性能，降低轮胎的滚动阻力。
作为优选，所述的硅烷偶联剂为双(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、巯基类硅烷偶联剂中的一种或两种或其中的三者的混合物。
作为优选，所述的树脂为C5、C5/C9、DCPD、DCPD/C9、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，所述的有机硫给予体，有机硫给予体为秋兰姆类促进剂、二硫代甲酸盐类促进剂中的一种或者二种及其以上的混合物。
作为优选，顺丁橡胶为BR9000,顺式(Cis)丁二烯的质量占聚合物总重的94.5％；丁苯橡胶A为T3830，苯乙烯质量占聚合物总重的31％，乙烯基占丁二烯总重的34％，含油量27.3％；丁苯橡胶B为E581,苯乙烯质量占聚合物总重的35.5％，乙烯基占丁二烯总重的40％，含油量27.3％；白炭黑为200MP，BET＝205m2/g；树脂为树脂P383。
进一步，本发明还公开了所述的一种胎面胶组合物的制备方法，该方法包括以下的步骤：
第1步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物中的天然橡胶、顺丁橡胶、10～40％的白炭黑、30-40％硅烷偶联剂、30-40％树脂、进行混炼，在130℃～170℃区间恒温150秒～300秒，得到胎面橡胶组合物Q；
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物中的丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、剩余的白炭黑、剩余的硅烷偶联剂、剩余的树脂进行混炼，在130℃～170℃区间恒温150秒～300秒，得到胎面橡胶组合物P；
第3步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物P、混合物Q、除促进剂和硫化剂之外的所有材料进行混炼，在125℃～160℃区间恒温100秒～250秒，得到胎面橡胶组合物N；
第4步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物N、促进剂、硫化剂进行混炼，所得最终的胎面橡胶组合物Y。
进一步，本发明还公开了所述的一种胎面胶组合物在制备高、低温环境下的轮胎磨耗差异小，且降低轮胎的滚动阻力，同时保持轮胎的湿地性能的轮胎胎面中的应用。
进一步，本发明还公开了一种高性能冬季耐磨轮胎，该轮胎的胎面采用所述的一种胎面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，该组合物降低了不同使用环境温度对轮胎的磨耗性能的影响，特别是轮胎在低温环境下使用时磨耗性能下降的问题，同时降低轮胎的滚动阻力，并保持轮胎的湿地性能。其中：天然橡胶主要是改善橡胶组合物在低温下的磨耗性能以及该橡胶组合物的加工性能和物理性能。顺丁橡胶主要用于改善橡胶组合物在低温下的磨耗性能。丁苯橡胶A主要用于改善轮胎的湿地性能；丁苯橡胶B主要用于改善轮胎在的湿地性能。
具体实施方式
对比例与实施例1～5，如表1所示：
1天然橡胶STR20，泰国产品；
2顺丁橡胶，BR9000,顺式(Cis)丁二烯的质量占聚合物总重的94.5％,中石油大庆石化分公司产品；
3丁苯橡胶A，T3830，苯乙烯质量占聚合物总重的31％，乙烯基占丁二烯总重的34％，含油量27.3％；日本旭化成公司产品；
4丁苯橡胶B，E581,苯乙烯质量占聚合物总重的35.5％，乙烯基占丁二烯总重的40％，含油量27.3％；日本旭化成公司产品；
5白炭黑200MP，BET＝205m2/g，索尔维化工产品；
6炭黑N234，杭州中策清泉实业有限公司产品；
7.硅烷偶联剂Si75，浙江金茂橡胶助剂品有限公司产品；
8.橡胶加工油V700，宁波汉圣化工有限公司产品；
9.树脂P383，埃克森美孚化工有限公司产品；
10.氧化锌,石家庄志亿锌业有限公司产品；
11硬脂酸，杭州油脂化工有限公司；
12防老剂6PPD，山东圣奥化学科技有限公司；
13防老剂TMQ，科迈化工有限公司产品；
14分散剂SPA，威海隆茵达纳米材料有限公司产品；
15微晶蜡11213，百瑞美特殊化学品(苏州)有限公司产品；
16促进剂CZ，山东尚舜化工有限公司产品；
17硫磺S200-10S，无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司产品；
18有机硫给予体WY988，江苏麒祥化工产品。
本发明对比例1-4、实施例1-3采用传统的混炼方法；
传统的混炼方法是将除硫磺、促进剂之外，将所有的组分同时加入密炼机进行混炼的方法，如下所示：
第1步混炼，采用密炼机进行混炼，将除硫化剂及促进剂以外的所有材料同时加入密炼机进行混炼，混炼时间达到150～200秒，排胶温度在130～170℃，得到混合物Q；
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，将混合物Q、促进剂、硫化剂共同混炼，所得最终的胎面橡胶组合物Y。
本发明实施例5(实施例4为实施例5的对比例，除了加入的成分不一样外，其他步骤相同)提供的混炼的方法，如下所示：
第1步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物中的天然橡胶、顺丁橡胶、10～40％的白炭黑、30-40％硅烷偶联剂、30-40％树脂、进行混炼，在130℃～170℃区间恒温150秒～300秒，得到胎面橡胶组合物Q；
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物中的丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、剩余的白炭黑、剩余的硅烷偶联剂、剩余的树脂进行混炼，在130℃～170℃区间恒温150秒～300秒，得到胎面橡胶组合物P；
第3步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物P、混合物Q、除促进剂和硫化剂之外的所有材料进行混炼，在125℃～160℃区间恒温100秒～250秒，得到胎面橡胶组合物N；
第4步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物N、促进剂、硫化剂进行混炼，所得最终的胎面橡胶组合物Y。
磨耗性能评价方法
磨耗性能用磨耗量表征，磨耗量越低，耐磨耗性能越好，磨耗量依据GB/T1689测试，磨耗性能指数见公式(一)：
粘弹性能测试
测试设备为日本UESHIMA公司制造的VR-7120型动态热机械分析
测试条件为频率20Hz，动应变0.25％，测试温度；
湿地性能用0℃E"的指数表征，数值越大，湿地性能越好，0℃E"的指数见公式(二)。
滚动阻力用60℃Tanδ的指数表征，数值越低，滚动阻力越低，60℃Tanδ指数见公式(三)：
不同环境对轮胎磨耗性能的影响
测试车辆：大众速腾1.6L
轮胎规格：205/55R16
测试工况：城市道路与高速公路
磨耗里程：夏季2万公里，冬季2万公里
温度条件：夏季温度在25～30℃；冬季温度在-10～10℃
A：低温磨耗性能与室温磨耗性能的比例，等级见(表2)
h1：低温(10～-10℃)下，在单位花纹深度下轮胎行驶距离，km/mm
h2：室温下，在单位花纹深度下轮胎行驶距离，km/mm
表1
A 等级
A＜0.7 Level 1
0.7≤A＜0.8 Level 2
0.8≤A＜0.9 Level 3
0.9≤A≤1.0 Level 4
A值越大、越接近于1，胶料受使用环境温度影响越小，即胶料在不同使用环境温度下磨耗性能一致性越好。
如表1所示，本发明的胎面橡胶组合物轮胎的磨耗性能受环境温度的影响小，即在高、低温环境下的轮胎磨耗差异不大，同时降低轮胎的滚动阻力，并保持轮胎的湿地性能。
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 (9)

1.一种胎面胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物由以下的组分混炼制备得到：天然橡胶 5份；顺丁橡胶30份；丁苯橡胶A 48.1份；丁苯橡胶B 41.3份；炭黑10份；白炭黑90份；硅烷偶联剂 7.2份；树脂30份；分散剂4份；氧化锌2.5份；硬脂酸2.0份；防老剂6PPD2份；防老剂TMQ1份；微晶蜡1份；促进剂2.5份；硫磺 0.5份；有机硫给予体 1.0份；
顺丁橡胶为BR9000，顺式（Cis）丁二烯的质量占聚合物总重的94.5％；丁苯橡胶A为T3830， 苯乙烯质量占聚合物总重的31％，乙烯基占丁二烯总重的34％，含油量27 .3％；丁苯橡胶B为E581， 苯乙烯质量占聚合物总重的35.5％，乙烯基占丁二烯总重的40％，含油量27 .3％；所述的炭黑采用高耐磨或中超耐磨炭黑，炭黑的粒径在20-40nm，吸碘值在80～160g/kg，压缩吸油值在90～150×10-5m3/kg，CTAB吸附比表面积 90～150 ×103m2/kg；所述的白炭黑的氮吸附比表面积(BET)为120m2/g以上，260m2/g以下；所述的树脂为C5、C5/C9、DCPD、DCPD/C9、萜烯酚类、芳香烃类中的一种或者二种及其以上的混合物；
该组合物的混炼方法包括以下的步骤：
第1步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物中的天然橡胶、顺丁橡胶、10～40%的白炭黑、30-40%硅烷偶联剂、30-40%树脂、进行混炼，在130℃～170℃区间恒温150秒～300秒，得到胎面橡胶组合物Q；
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物中的丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、剩余的白炭黑、剩余的硅烷偶联剂、剩余的树脂进行混炼，在130℃～170℃区间恒温150秒～300秒，得到胎面橡胶组合物P；
第3步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物P、混合物Q、除促进剂和硫化剂之外的所有材料进行混炼，在125℃～160℃区间恒温100秒～250秒，得到胎面橡胶组合物N；
第4步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物N、促进剂、硫化剂进行混炼，所得最终的胎面橡胶组合物Y。
2.根据权利要求1所述的一种胎面胶组合物，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为双(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、巯基类硅烷偶联剂中的一种或两种或其中的三者的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种胎面胶组合物，其特征在于，所述的萜烯酚类为萜烯苯酚类，芳香烃类为苯乙烯类或α-甲基苯乙烯类。
4.根据权利要求1所述的一种胎面胶组合物，其特征在于，所述的有机硫给予体为秋兰姆类促进剂、二硫代甲酸盐类促进剂中的一种或者二种。
5.根据权利要求1所述的一种胎面胶组合物，其特征在于，白炭黑为200MP，BET＝205m2/g。
6.根据权利要求1所述的一种胎面胶组合物，其特征在于，树脂为树脂P383。
7.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种胎面胶组合物的制备方法，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，将胎面橡胶组合物中的天然橡胶、顺丁橡胶、10～40%的白炭黑、30-40%硅烷偶联剂、30-40%树脂、进行混炼，在130℃～170℃区间恒温150秒～300秒，得到胎面橡胶组合物Q；
第2步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物中的丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、剩余的白炭黑、剩余的硅烷偶联剂、剩余的树脂进行混炼，在130℃～170℃区间恒温150秒～300秒，得到胎面橡胶组合物P；
第3步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物P、混合物Q、除促进剂和硫化剂之外的所有材料进行混炼，在125℃～160℃区间恒温100秒～250秒，得到胎面橡胶组合物N；
第4步混炼，采用密炼机进行混炼，将胎面橡胶组合物N、促进剂、硫化剂进行混炼，所得最终的胎面橡胶组合物Y。
8.权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种胎面胶组合物在制备高、低温环境下的轮胎磨耗差异小，且降低轮胎的滚动阻力，同时保持轮胎的湿地性能的轮胎胎面中的应用。
9.一种高性能冬季耐磨轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面采用权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种胎面胶组合物硫化制备得到。
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