CN103073735A - 一种降低轮胎胎面胶材料滚动阻力和提高耐磨性能的电子束改性方法 - Google Patents
一种降低轮胎胎面胶材料滚动阻力和提高耐磨性能的电子束改性方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种降低轮胎胎面胶材料滚动阻力和提高耐磨性能的电子束改性方法。将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照改性，旨在改善橡胶复合材料的交联网络，提高橡胶和填料的相互作用，降低滚动阻力，提高耐磨性能。本发明采用电子束辐照这种简单有效的方法降低胎面滚动阻力和提高耐磨性能，为成品轮胎表面改性提供一个新的技术途径。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶复合材料制造技术领域，具体涉及一种降低轮胎胎面胶材料滚动阻力和提高耐磨性能的电子束改性方法。
背景技术
理想的轮胎胎面胶材料应具备低滚动阻力，高耐磨性和良好抗湿滑性，但是这三大性能之间相互影响，相互制约，很难实现三者之间的平衡优化，被称为轮胎性能的“魔鬼三角”。
传统改性方法是调整胎面胶复合材料的配方，如开发应用新型的填料和设计新型的橡胶原料。采用炭黑填充的方法，可赋予胎面胶较好的耐磨性，但往往滚动阻力较高；采用偶联剂改性处理的白炭黑填充方法，可降低胎面胶的滚动阻力并提高抗湿滑性能，然而耐磨性能较差；设计新型的橡胶材料来降低滚动阻力和提高耐磨性能的方法存在催化剂成本高、合成工艺苛刻复杂等问题。因此，如何采用简单有效的方法降低胎面滚动阻力和提高耐磨性能是本技术领域的研究难题。
电子加速器产生的电子束是定向束，可在一定宽度上扫描，形成一种电子帘，产品经输送带通过电子帘，实现对样品的辐照。电子加速器的辐照剂量调节方便，可以在不改变电子加速器参数的条件下，只调整传输带的速度就可改变辐照剂量。电子加速器发射的是高能电子束，束流强度大，聚束性能好，能量利用率高，剂量率高并且可调，生产处理量大，而且在停机状态下没有辐射危害，对环境不产生有害影响。
本发明中电子束辐照改性胎面胶材料的原理是通过电子加速器产生的束流激活橡胶大分子，产生活性自由基，这些自由基之间的相互结合，发生交联，提高交联密度，并使键能低的多硫键向键能高的单硫键转变，提高橡胶复合材料的弹性，减少橡胶复合材料在动态应变下的形变，减少滞后损失，降低滚动阻力；同时高能射线还可以破坏填料结构，在填料表面形成活性点，这些活性点与橡胶发生反应，可增强橡胶和填料的相互作用，使橡胶表面更加致密，提高耐磨性，减少在动态应变下填料网络的破坏，减少填料粒子之间的相互摩擦，降低损耗。
专利200710016031.6中提到先对未硫橡胶型材进行化学硫化，形成半硫化胶后，再应用辐射技术对橡胶材料进行辐射硫化。该专利中对化学预硫化的程度没有明确说明，最重要的是经过该工艺生产的胎面如何与骨架材料（帘布层）进行有效粘结也未提及，在实际应用中存在困难。本专利发明的方法可以直接应用于完全硫化好的轮胎胎面的辐照改性，以提高其耐磨性和降低滚动阻力，无需胎面与骨架再粘接过程，为成品轮胎表面改性提供一个新的技术途径。
发明内容
本发明的目的在于，给出一种降低轮胎胎面胶材料滚动阻力和提高耐磨性能的电子束改性方法，该工艺可以有效的改善橡胶复合材料的交联网络，提高橡胶和填料的相互作用，降低滚动阻力，提高耐磨性能。
本发明所描述的一种降低滚动阻力和提高耐磨性能的电子束改性胎面方法，是对已经完全硫化的胎面胶材料进行辐照改性：首先制备得到橡胶复合材料的混炼胶，经过热硫化后制得硫化胶，然后将硫化胶放在传送装置上，传送装置通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，实现对硫化胶的辐照，制得最终制品。其中橡胶复合材料从电子加速器的扫描窗下通过进行辐照时，传送速度为0.001-200m/min，电子加速器采用低能电子加速器，电子加速器的加速电压为0.01-5MeV，电子加速器的束流为0.001-200mA，橡胶复合材料的吸收剂量为0.001-600kGy。
辐照条件为：温度为-20℃~100℃，压力为常压，辐照气氛为空气气氛或惰性气体气氛，通过1-100次辐照完成轮胎胎面的改性。
本发明所提出的电子束改性胎面胶材料方法，可以用于外建加速器装置，对轮胎生产线下线的完全硫化的轮胎实现离线辐照，也可以在轮胎生产线上增加电子加速器装置来实现连续在线辐照。
本发明所提出的轮胎胎面胶材料电子束改性方法，通过1-100次辐照完成轮胎胎面的改性。
本发明所提出的轮胎胎面胶材料电子束改性方法，可以通过调整电子加速器的加速电压控制穿透深度。
本发明所提出的轮胎胎面胶材料电子束改性方法，可以通过调节加速电压、束流强度和传送速度，准确的控制辐照剂量。
本发明所提出的轮胎胎面胶材料电子束改性方法，可以通过调整电子加速器辐照剂量，准确控制表面改性程度，这是常规表面改性方法难以实现的。
由于采用上述电子束辐照技术对胎面进行辐照处理，使得本发明达到如下效果：经过电子束辐照改性后，轮胎胎面胶材料的耐磨性提高、滚动阻力降低，达到了本发明的目的。
附图说明
图1a为本发明所用胎面胶材料（对比例）的结合胶的透射电镜照片，图1b为本发明电子束辐照改性胎面胶材料（实施例5）的结合胶的透射电镜照片。电镜照片显示，电子束辐照改性后，结合胶的厚度大于没有改性的，说明橡胶和填料的相互作用增强。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明做进一步阐述。
对比例
本对比例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
首先制备得到轮胎胶面胶的混炼胶，将混炼胶在150℃下，硫化30min，制得胎面胶的硫化胶。按国家标准进行各项性能测试，硫化胶的物理机械性能参数见表1。
实施例1
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为30℃，常压、空气气氛，辐照次数为5次，加速电压为5MeV，束流强度为30mA，辐照剂量为100kGy，通过速度为80m/min钟。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例2
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为-10℃，常压、空气气氛，辐照次数为100次，加速电压为2MeV，束流强度为100mA，辐照剂量为600kGy，通过速度为200m/min钟。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例3
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为100℃，常压、氮气气氛，辐照次数为1次，加速电压为1MeV，束流强度为0.001mA，辐照剂量为0.001kGy，通过速度为0.001m/min钟。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例4
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为-20℃、常压、空气气氛，辐照次数为60次，加速电压为3MeV，束流强度为200mA，辐照剂量为300kGy，通过速度为150m/min钟。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例5
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为50℃，常压、氦气气氛，辐照次数为0℃，加速电压为0.01MeV，束流强度为60mA，辐照剂量为50kGy，通过速度为30m/min。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例6
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为15℃，常压、空气气氛，辐照次数为20次，加速电压为2MeV，束流强度为45mA，辐照剂量为100kGy，通过速度为50m/min。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例7
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为50℃，常压、空气气氛，辐照次数为70次，加速电压为5MeV，束流强度为65mA，辐照剂量为450kGy，通过速度为30m/min。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例8
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为25℃，常压、氮气气氛，辐照次数为20次，加速电压为3.5MeV，束流强度为50mA，辐照剂量为200kGy，通过速度为45m/min。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例9
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为35℃，常压、空气气氛，辐照次数为60次，加速电压为5MeV，束流强度为45mA，辐照剂量为500kGy，通过速度为80m/min。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
实施例10
本实施例中胎面胶的配方为：天然胶70phr，丁苯胶30phr，氧化锌3phr，硬脂酸3phr，防老剂4010NA2phr，防老剂RD2phr，固体石蜡1.5phr，炭黑（N330）50phr，促进剂CZ1.1phr，促进剂D0.3phr，硫磺0.5。
将轮胎胎面胶硫化胶放在传送带上，传送带通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，完成对硫化胶的辐照。硫化胶从电子加速器的扫描窗下通过时，辐照温度为20℃，常压、空气气氛，辐照次数为5次，加速电压为2.5MeV，束流强度为30mA，辐照剂量为150kGy，通过速度为10m/min。按国家标准进行各项性能测试，辐照改性胎面胶材料的物理机械性能参数见表1。
表1
Claims (2)
1.一种降低轮胎胎面胶材料滚动阻力和提高耐磨性能的电子束改性方法，其特征在于：对已经完全硫化的胎面进行辐照改性：首先制备得到橡胶复合材料的混炼胶，经过热硫化制得硫化胶，然后将硫化胶放在传送装置上，通过安装在辐照室内的电子束加速器的扫描窗，实现对硫化胶的辐照，制得最终制品；其中胎面从电子加速器的扫描窗下通过进行辐照时，传送速度为0.001-200m/min，电子加速器采用低能电子加速器，电子加速器的加速电压为0.01-5MeV，电子加速器的束流为0.001-200mA，橡胶复合材料的吸收剂量为0.001-600kGy；辐照条件为：温度为-20℃~100℃，压力为常压，辐照气氛为空气气氛或惰性气体气氛，通过1-100次辐照完成轮胎胎面的改性。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：通过外建加速器装置对已经完全硫化的轮胎实现离线辐照，或者在轮胎生产线上增加电子加速器装置来实现连续的在线辐照。
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Inventor after: Liu Li Inventor after: Shen Jing Inventor after: Gao Sihang Inventor after: Zhang Liqun Inventor after: Yang Yusheng Inventor after: Wen Shipeng Inventor before: Liu Li Inventor before: Shen Jing Inventor before: Zhang Liqun Inventor before: Yang Yusheng Inventor before: Wen Shipeng Inventor before: Zhang Fazhong |
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| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: INVENTOR; FROM: LIU LI SHEN JING ZHANG LIQUN YANG YUSHENG WEN SHIPENG ZHANG FAZHONG TO: LIU LI SHEN JING GAO SIHANG ZHANG LIQUN YANG YUSHENG WEN SHIPENG |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150513 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |