CN115124773A - 一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎制造技术领域，尤其涉及一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎。本发明通过溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量调控，保证其和天然橡胶或顺丁橡胶的微观相容性，同时保证滚阻和湿抓性能；通过在胎面中加入大量白炭黑，并配合以两种硅烷偶联剂，使白炭黑在橡胶中有较好的分散性和较好的抗絮凝能力。两种湿抓树脂的加入，则是保证其分别进入溶聚丁苯橡胶和天然胶（或顺丁橡胶的能力），在保证滚阻的前提下，进一步提高湿抓。在以上的手段下，虽然滚阻和湿抓有了提高，但是由于模量的下降会导致操控的弱化，因此，通过增加花纹中央筋的宽度，接地面积等，来提高操控性。

Description

一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎制造技术领域，尤其涉及一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎。

背景技术

轮胎的标签法提出了对轮胎的抗湿地抓着力和滚动阻力的要求。另一方面，随着安全性的提高，轮胎的操控性能也受到了越来越多的专注。在通常设计中，胎面中的使用的填料含量越少，轮胎的滚阻更低。但是，填料用量的减少，会导致胎面胶模量的降低，最终影响轮胎的操控性能。同时，轮胎的抗湿地抓着和滚动阻力，更是两组相悖的性能。抗湿地抓着，需要在胎面中加入更多的白炭黑，更多的白炭黑，则会带来滚动阻力的上升。因此，胎面胶配方设计时，同时关注轮胎的湿抓、滚阻和操控，是今后轮胎配方设计者的研究重点之一。

在发明人早期的专利CN106750668B中，使用了全溶聚丁苯橡胶等及时，尤其是硅烷偶联剂I和硅烷偶联剂II复合使用的技术，发明了一种超低滚动阻力和超高湿抓性能轮胎胎面胶料。使用该复合硅烷偶联剂的技术，可以提高白炭黑在胶料中的分散性，同时提升胶料在硫化等加工过程中的絮凝能力，但是白炭黑分散的提高和絮凝的下降会带来胶料模量的下降，导致胎面胶料的硬度下降明显，操控性能极具弱化。

在发明人的专利CN114409980A中，提出了一种设计微观相分离的橡胶组合物，使滞后因子tanδ的温度扫描曲线有两个峰值，对应温度低的峰值的温度记做T1，对应温度高的峰值的温度记做T2；所述T1与T2的关系需满足10℃＜T2-T1＜20℃。在这种情况下，胎面的滚阻和磨耗有较好的平衡。更重要的是，在这个发明中，我们提供了使用不同峰值tanδ的差异，来评估胎面胶性能的解决方案。但是，该思路对滚阻和湿抓设计的指导，仍有较大的优化空间。

最后，发明人还发现，仅靠配方设计的优化，也很难在湿抓、滚阻和滚阻的平衡上取得较好的优化空间，因此需要轮胎的胎面花纹设计提供辅助支持，如胎面的花纹筋宽度、接地面积和海陆比。增加胎面花纹筋宽度，能有效提高轮胎的操控和抓地能力。另外，实际接地面积和海陆比的调节，也能极大优化滚阻和湿抓的平衡。

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低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，通过调控滞后因子tanδ的峰数量和位置，树脂的相容性，以及花纹设计中的花纹筋宽度、接地面和海陆比，来获得较好的操控、湿抓和滚阻的平衡。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，该轮胎的胎面由胎面胶组合物硫化制得，所述的胎面胶组合物在动态解析分析仪(DMA)的温度扫描的结果中，损耗因子tanδ需要形成两个峰，高温peak1和低温peak2，两个峰的峰值差值要满足，5℃≤△T＝peak1-peak2≤20℃，该胎面胶组合物按橡胶组分为100重量份计包括以下组分的原料混炼制得：

所述的橡胶组分由天然橡胶或顺丁橡胶与溶聚丁苯橡胶构成，天然橡胶或顺丁橡胶的重量份数在10-50phr之间，溶聚丁苯橡胶的份数在50-90phr之间；同时溶聚丁苯橡胶需满足，其数均分子量Mn，满足30万＜Mn＜80万，重均分子量Mw，满足50万＜Mw＜100万，分子量分布Mw/Mn,满足1.5＜Mw/Mn＜2.5；溶聚丁苯橡胶中苯乙烯所占溶聚丁苯的百分比S，满足30％＜S＜42％；

高分散白炭黑，白炭黑的比表面积CTAB值满足，150＜CTAB＜200；

硅烷偶联剂由两种以上的硅烷偶联剂，其中一种是Si747，另一种为Si75和/或Si69，Si747的用量8-20phr之间，Si75和/或Si69的用量在2-10phr之间；

该轮胎的胎面花纹中央筋宽度W需大于23cm，胎面的实测海陆比需在32～36％之间，实测的接地面在240～260cm²之间。

作为优选，所述天然橡胶或顺丁橡胶的重量份数在30-45phr之间，溶聚丁苯橡胶的份数在60-70phr；高分散白炭黑的重量份数在90-120phr。

作为优选，所述胎面花纹中央筋宽度W为24-27cm，胎面的实测海陆比需在32～34％之间，实测的接地面在240～250cm²之间。

作为优选，所述硅烷偶联剂采用Si747和Si75，Si747的用量10-15phr之间，Si75的用量在2-6phr之间。

作为优选，所述α-甲基苯乙烯树脂的用量在15-25phr，氢化双环戊二烯树脂的用量在5-10phr。

作为优选，所述α-甲基苯乙烯树脂，其分子量分布满足4＜Mw/Mn＜5，氢化双环戊二烯(氢化DCPD)树脂，其分子量分布满足3＜Mw/Mn＜4。

作为优选，所述6℃≤△T≤15℃。

作为优选，所述橡胶组合物还包括常用于轮胎和其他橡胶组合物中的其它填料、硫化剂、硫化促进剂、不同类型的油、活化剂、防老剂和增塑剂。

作为优选，所述橡胶组合物还包括20-40phr软化油，1.0-3.0phr的氧化锌，1.0-3.0phr的硬脂酸，1.0-3.0phr的防老剂4020，1.0-3.0phr的微晶蜡，1.0-4.0phr的硫磺，0.5-3.5phr的促进剂CZ，0.2-1.0phr的促进剂DPG。

作为优选，所述橡胶组合物的混炼方法使用串联式一次法密炼机，控制密炼机转子速度10-60rpm，上顶栓压力55N/cm²，密炼机冷却水温度30-40℃，包括以下步骤：

一、上辅机工艺：

①加入橡胶组分、高分散白炭黑、硅烷偶联剂、α-甲基苯乙烯树脂、氢化双环戊二烯树脂以及其他加工助剂，压上顶栓保持55-65秒；

②升上顶栓，保持4-6秒；

③压上顶栓使胶料升温至140-150℃；

④提上顶栓加入氧化锌；

⑤压上顶栓使胶料在140-150℃恒温混炼55-65秒；

⑥将胶料排至下辅机。

二、下辅机工艺：

①使胶料升温至140-150℃；

②140-150℃恒温混炼200-300秒；

③排胶至开炼机，翻炼冷却胶料至90-100℃，在开炼机上加入硫化剂，分散均匀，下片冷却至室温。

本发明由于采用了上述的技术方案，通过溶聚丁苯橡胶的苯乙烯含量调控，保证其和天然橡胶或顺丁橡胶的微观相容性，同时保证滚阻和湿抓性能；通过在胎面中加入大量白炭黑，并配合以两种硅烷偶联剂，使白炭黑在橡胶中有较好的分散性和较好的抗絮凝能力。两种湿抓树脂的加入，则是保证其分别进入溶聚丁苯橡胶和天然胶(或顺丁橡胶的能力)，在保证滚阻的前提下，进一步提高湿抓。在以上的手段下，虽然滚阻和湿抓有了提高，但是由于模量的下降会导致操控的弱化，因此，通过增加花纹中央筋的宽度，接地面积等，来提高操控性。

附图说明

图1为本发明设计的花纹A的结构示意图；中央筋宽度24cm，海陆比34％，接地面积240cm²。

图2为本发明设计的花纹B的结构示意图；中央筋宽度25cm，海陆比32％，接地面积242cm²。

图3为本发明设计的花纹C的结构示意图；中央筋宽度26cm，海陆比32％，接地面积248cm²。

图4为本发明设计的花纹D的结构示意图；中央筋宽度20cm，海陆比31％，接地面积220cm²。

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。

本发明选取了11款胎面胶，所有胎面橡胶均为100份，橡胶组合物的主要配方如表1所示。

表1橡胶组合物的配方

*1：溶聚丁苯橡胶的商品名为E581，苯乙烯质量占聚合物的总重的36％，重均分子量Mw为202万，日本旭化成产品。

*2：天然橡胶的牌号为越南3L，重均分子量为250W。

*3：白炭黑的商品名为1165MP，索尔维公司产品。

*4：α-甲基苯乙烯树脂，美国科腾公司产品。

*5：氢化DCPD树脂，彤程化学产品。

*6：合计软化油为溶聚丁苯中的油和配方中额外添加油的总和。

*7：其它原材料包括ZnO 1.5，硬脂酸2.0，防老剂4020 2.0，微晶蜡2.0，促进剂CZ2.0，促进剂DPG 0.5，硫磺1.7。合计11.7份。

上述配方胶料制备工艺如下所示：

使用串联式一次法密炼机，控制密炼机转子速度10-60rpm，上顶栓压力55N/cm2，密炼机冷却水温度30-40℃，包括以下步骤：

一、上辅机工艺：

①加入橡胶组分、高分散白炭黑、硅烷偶联剂、α-甲基苯乙烯树脂、氢化双环戊二烯树脂以及其他加工助剂，压上顶栓保持60秒；

②升上顶栓，保持5秒；

③压上顶栓使胶料升温至145℃；

④提上顶栓加入氧化锌；

⑤压上顶栓使胶料在145℃恒温混炼60秒；

⑥将胶料排至下辅机。

二、下辅机工艺：

①使胶料升温至145℃；

②145℃恒温混炼250秒；

③排胶至开炼机，翻炼冷却胶料至90-100℃，在开炼机上加入硫化剂，分散均匀，下片冷却至室温。

胎面胶料性能的测试。

所有胎面胶硫化后都实施DMA的温度扫描实验。频率：20Hz；静态应变：10％，动应变2％。温度扫描范围：-50～80℃。损耗因子tanδ需要形成两个峰，peak1(高温)和peak2(低温)，两个峰的峰值差值要满足，△T＝peak1–peak2

胎面胶的硬度按照国标通用方法实施。

轮胎滚阻、湿抓和操控的测试。

使用所选用的11种胎面胶试制成规格为245/50R19的轮胎，胎面花纹按照表1。轮胎的滚阻按照ISO2850测试，湿抓测试的结果为欧盟117法规，操控性能由车手主观评价。在表中，以实施例1的滚阻、湿抓和操控结果为100，其余10组轮胎按照与实施例1的百分比打分。分值越高，代表该项性能越好。

结论：

实施例1～实施例3为橡胶用量的变量，其中NR和SSBR的用量均满足权利要求的范围，所使用的胎面花纹A～花纹C也都满足权利要求中的中央筋宽度、海陆比和接地面积的要求范围。实施例4～实施例5为硅烷偶联剂变量，Si747和Si75的用量均满足权利要求的范围，使用了胎面花纹B。实施例6～实施例7为抓地树脂的变量，α-甲基苯乙烯树脂和氢化DCPD树脂的用量均满足权利要求中的范围。

相对应的，比较例为不能达到发明目的的情况，表现出滚阻、湿抓或操控性能的失衡或全面下降。比较例1的胎面胶组分和实施例1完全相同，但是使用了不符合权利要求的胎面花纹D。比较例2中NR和SSBR的用量不满足权利要求，导致产生了不满足要求的△T，最终导致湿抓和滚阻的极具变差。比较例3中Si747和Si75的用量不满足权利要求。比较例4的α-甲基苯乙烯树脂和氢化DCPD树脂不满足要求。

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)

1.一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，该轮胎的胎面由胎面胶组合物硫化制得，所述的胎面胶组合物在动态解析分析仪（DMA）的温度扫描的结果中，损耗因子tanδ需要形成两个峰，高温peak1和低温peak2，两个峰的峰值差值要满足，5℃≤ △T = peak1-peak2≤20℃，其特征在于，该胎面胶组合物按橡胶组分为100重量份计包括以下组分的原料混炼制得：

橡胶组分 100phr

高分散白炭黑 80-150phr

硅烷偶联剂 15-30phr

α-甲基苯乙烯树脂 10-30phr

氢化双环戊二烯树脂 5-20phr；

所述的橡胶组分由天然橡胶或顺丁橡胶与溶聚丁苯橡胶构成，天然橡胶或顺丁橡胶的重量份数在10-50phr之间，溶聚丁苯橡胶的份数在50-90phr之间；同时溶聚丁苯橡胶需满足，其数均分子量Mn，满足30万＜Mn＜80万，重均分子量Mw，满足50万＜Mw＜100万，分子量分布Mw/Mn, 满足1.5 ＜ Mw/Mn ＜2.5；溶聚丁苯橡胶中苯乙烯所占溶聚丁苯的百分比S，满足30%＜S＜42%；

高分散白炭黑，白炭黑的比表面积CTAB值满足，150＜ CTAB ＜ 200；

硅烷偶联剂由两种以上的硅烷偶联剂，其中一种是Si747，另一种为Si75和/或Si69，Si747的用量8-20phr之间，Si75和/或Si69的用量在2-10phr之间；

该轮胎的胎面花纹中央筋宽度W需大于23cm，胎面的实测海陆比需在32～36%之间，实测的接地面在240～260cm²之间。

2.根据权利要求1所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，天然橡胶或顺丁橡胶的重量份数在30-45phr之间，溶聚丁苯橡胶的份数在60-70phr；高分散白炭黑的重量份数在90-120phr。

3.根据权利要求1所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，胎面花纹中央筋宽度W为24-27cm，胎面的实测海陆比需在32～34%之间，实测的接地面在240～250cm²之间。

4.根据权利要求1所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，硅烷偶联剂采用Si747和Si75，Si747的用量10-15phr之间，Si75的用量在2-6phr之间。

5.根据权利要求1所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，α-甲基苯乙烯树脂的用量在15-25 phr，氢化双环戊二烯树脂的用量在5-10 phr。

6.根据权利要求1或5所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，α-甲基苯乙烯树脂，其分子量分布满足4＜ Mw/Mn ＜ 5，氢化双环戊二烯（氢化DCPD）树脂，其分子量分布满足3＜ Mw/Mn ＜ 4。

7.根据权利要求1所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，6℃≤ △T≤15℃。

8.根据权利要求1所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，该橡胶组合物还包括常用于轮胎和其他橡胶组合物中的其它填料、硫化剂、硫化促进剂、不同类型的油、活化剂、防老剂和增塑剂。

9.根据权利要求1所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，该橡胶组合物还包括20-40phr软化油，1.0-3.0phr的氧化锌，1.0-3.0 phr的硬脂酸，1.0-3.0 phr的防老剂4020，1.0-3.0 phr的微晶蜡，1.0-4.0phr的硫磺，0.5-3.5 phr的促进剂CZ，0.2-1.0phr的促进剂DPG。

10.根据权利要求1所述的一种低滚阻、高湿抓、操控性好的轮胎，其特征在于，该橡胶组合物的混炼方法使用串联式一次法密炼机，控制密炼机转子速度10-60rpm，上顶栓压力55N/cm²，密炼机冷却水温度30-40℃，包括以下步骤：

一、上辅机工艺：

①加入橡胶组分、高分散白炭黑、硅烷偶联剂、α-甲基苯乙烯树脂、氢化双环戊二烯树脂以及其他加工助剂，压上顶栓保持55-65秒；

②升上顶栓，保持4-6秒；

③压上顶栓使胶料升温至140-150℃；

④提上顶栓加入氧化锌；

⑤压上顶栓使胶料在140-150℃恒温混炼55-65秒；

⑥将胶料排至下辅机；

二、下辅机工艺：

①使胶料升温至140-150℃；

②140-150℃恒温混炼200-300秒；

③排胶至开炼机，翻炼冷却胶料至90-100℃，在开炼机上加入硫化剂，分散均匀，下片冷却至室温。

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