CN110713639A - 一种高耐磨抗湿滑轮胎胎面胶料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐磨抗湿滑轮胎胎面胶料及其制备方法，所述的制备方法如下：在轮胎制备过程中，待动态热处理完毕后再按配方加入大麻纤维和坚果壳粉，混合均匀后在平板硫化机上硫化，硫化温度130‑180℃，时间25‑60分钟，压力10‑20MPa。本发明改善了胶料的力学性能并降低滚动阻力，同时利用大麻纤维和坚果壳粉具保温、耐热、增加机械强度和韧性的功能大幅度提高了汽车轮胎的耐磨性和抗湿滑性，节能环保的同时延长了汽车轮胎的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于橡胶配方与加工技术领域，具体涉及一种具有高耐磨抗湿滑功能的汽车轮胎材料的制备方法。
背景技术
目前，世界橡胶消耗量的一半源于轮胎生产，轮胎已是工业生产和日常生活都不可缺少的消耗品。轮胎常在复杂和苛刻条件下使用，在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能和缓冲性能，同时，还要求具备高耐磨性能和耐屈挠性能以及低滚动阻力和低生热。随着汽车技术的不断发展，对轮胎各方面性能要求也不断提高。
由于胎面是轮胎与路面直接接触的部位，承受着轮胎最苛刻的外应力作用，经常出现的损坏形式为胎面磨光、刺扎损坏、花纹崩花及裂口，导致胎体爆破，影响轮胎的使用寿命。因此，胎面胶应具有优越的耐磨性，较高的拉伸强度和撕裂强度，良好的耐老化、耐屈挠、耐热、抗刺扎和抗花纹沟裂口等性能。
本发明制备的汽车轮胎材料，其含有的大麻纤维和核桃壳粉具保温、耐热、抗磨的功能，
可制备出具有良好耐热、耐磨、抗湿滑的汽车轮胎。
发明内容
本发明的目的在于针对现有汽车轮胎材料的不足，提供一种以丁苯橡胶、硅橡胶、大麻纤维和坚果壳粉为主要原料的耐磨汽车轮胎材料的制备方法，充分利用可再生天然材料，制备出具有良好耐热、耐磨、抗湿滑的汽车轮胎材料。
本发明采用以下技术方案：
(1)将硅橡胶先与多硫醇化合物、自由基引发剂混合，形成硅橡胶与多硫醇化合物及自由基引发剂的预混物；
(2)将所述硅橡胶与多硫醇化合物及自由基引发剂的预混物先进行热压处理，该热压过程在平板硫化机中进行，热压温度60℃-200℃，热压时间1-20分钟，压力5-15MPa；
(3)将热压过的预混物与所述丁苯橡胶混合并进行动态热处理，该动态热处理是使用有升温功能的双辊开炼机或密炼机或螺杆挤出机在温度为60℃-200℃剪切条件下混合1-20分钟的过程；
(4)待上述动态热处理完毕后再按配方加入其他组分，混合均匀后在平板硫化机上硫化，硫化温度140-180℃，时间5-60分钟，压力5-15MPa。
更为具体的，一种含硅橡胶的高耐磨低滚动阻力胎面胶料，其中：
(1)所述硅橡胶为含乙烯基的聚硅氧烷，包括但不限于聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷，该含乙烯基的聚硅氧烷数均分子量优选5万-60万；乙烯基占总侧基含量的摩尔分数为0.05％-20％，优选0.15％-10％；苯基占总侧基含量的摩尔分数为0％-20％；甲基占总侧基含量的摩尔分数为60％-99.95％。这是由于高的分子量有利于保持硫化胶的力学性能，高的乙烯基含量能保证反应增容和硫化的程度，高的苯基含量有利于提高硅橡胶与丁苯橡胶的相容性，然而在硅橡胶制备时通常难以同时达到高的分子量和高的乙烯基、苯基含量，因此要在分子量和乙烯基、苯基含量中作一平衡。
(2)所述丁苯橡胶为丁二烯-苯乙烯无规共聚物，数均分子量优选20万-40万，其中苯乙烯质量分数为10％-40％，优选15％-30％，丁二烯质量分数60-90％，聚合物中乙烯基结构占总丁二烯的摩尔分数为10％-80％，优选20％-70％，主链双键结构占总丁二烯的摩尔分数为90％-20％。这是由于乙烯基结构与巯基的反应活性高于主链双键结构，20％以上的乙烯基能保证反应增容的程度，同时70％以下的乙烯基能保证橡胶分子链仍具有一定柔性。
(3)所述的多硫醇化合物为含有两个或两个以上巯基的化合物，包括但不限于以下一种或几种以任意比例的的组合：通式为HS(CH2)nSH的端取代二硫醇类，其中n为2-30的整数，如1,2-乙二硫醇、1,4-丁二硫醇、1,9-壬二硫醇；多元巯基羧酸酯类，如季戊四醇四巯基乙酸酯、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、二季戊四醇六(3-巯基丙酸酯)；三[2-(3-巯基丙氧基)乙基]异氰脲酸酯；多巯基取代的聚硅氧烷类，如聚(巯丙基甲基)硅氧烷、聚(巯戊基甲基)硅氧烷；巯基三嗪类化合物，如2,4,6-三巯基均三嗪。这其中优选三官能度或以上的多元巯基羧酸酯，如季戊四醇四巯基乙酸酯、二季戊四醇六(3-巯基丙酸酯)，这是因为多官能度的巯基化合物能将更多的橡胶分子链连接，提高硅橡胶与丁苯橡胶连接的机会，从而实现更好的增容效果。
(4)组合物中其它组分及各组分用量为：丁苯橡胶质量份为50-95，硅橡胶质量份为5-50，多硫醇化合物质量份为0.01-30，其他组分按质量份计分别为：白炭黑40-100，炭黑0-70，大麻纤维10—20，坚果壳粉5—8，操作油0-40，羟基硅油0-15，硅烷偶联剂0-12，防老剂0-5，石蜡0-3，氧化锌0-5，硬脂酸0-3，硫化促进剂0-5，硫磺0-3，自由基引发剂0.1-5。优选丁苯橡胶60-95份，硅橡胶5-40份，这是由于过多的硅橡胶加入会损害力学性能，而过少则不能体现硅橡胶在其中的优势如改善耐热性和耐磨性等，其他组分为常用橡胶配合体系。
本发明包含一种含多硫醇化合物的硅橡胶与丁苯橡胶组合物制备硫化橡胶的工艺，其步骤如下：
将所述5-50份硅橡胶先与0.01-30份所述多硫醇化合物、0-2质量份的自由基引发剂混合，形成硅橡胶与多硫醇化合物及自由基引发剂的预混物，优选自由基引发剂0.1-1份，这是由于加入少量引发剂可促进巯基与双键反应，而引发剂加入过多可能导致热压过程中的过度交联，凝胶含量上升。
将所述硅橡胶与多硫醇化合物及自由基引发剂的预混物先进行热压处理，该热压过程在平板硫化机中进行，热压温度60℃-200℃，热压时间1-20分钟，优选70℃-170℃，3-15分钟，压力5-15MPa，热压的目的是使多硫醇化合物先与硅橡胶反应。
将热压过的预混物与所述丁苯橡胶混合并进行动态热处理，该动态热处理是使用有升温功能的双辊开炼机或密炼机或螺杆挤出机在温度为60℃-200℃剪切条件下混合1-20分钟的过程，优选70℃-170℃，3-15分钟，该过程应考虑温度与时间的组合，在使反应充分的基础上避免过度交联和老化。该动态热处理的目的是使带有巯基的硅橡胶与丁苯橡胶反应完全，从而提高硅橡胶与丁苯橡胶的相容性。
待上述动态热处理完毕后再按配方加入其他组分，混合均匀后在平板硫化机上硫化，硫化温度140-180℃，时间5-60分钟，压力5-15MPa。
本发明包含一种含多硫醇化合物的硅橡胶与丁苯橡胶组合物制备的硫化橡胶，该硫化橡胶包含上述组合物并通过上述制备工艺制得，其特点在于，由于硅橡胶和大麻纤维的加入大幅改善了耐磨性，同时由于相容性的改进提高了力学性能并降低了滚动阻力，因此可作为高性能绿色轮胎胎面用橡胶。
本发明所公开的汽车轮胎材料，使用大麻纤维、坚果壳粉、丁苯橡胶、硅橡胶为主要原料，与现有汽车轮胎材料相比，具有较好的耐热、耐磨和抗湿滑功能。同时，本发明采用的主要原料均为环保、低成本材料，大麻纤维、坚果壳粉为天然可再生资源。另外，本发明还公开了上述汽车轮胎材料的制备方法，该方法具有简易、高效的技术特点。
具体实施方式
实施例1：
(1)橡胶配方按质量份计：丁苯橡胶80份(数均分子量26.9万，苯乙烯质量分数为25％，乙烯基结构占总丁二烯的摩尔分数为65％)；硅橡胶20份(数均分子量35.6万，乙烯基占总侧基的摩尔分数为0.15％，其余侧基为甲基)；气相法白炭黑Aerosil 200 30份；沉淀法白炭黑VN3 30份；大麻纤维10份；坚果壳粉5份；1,6-己二硫醇0.8份；自由基引发剂DBPMH 1.5份；羟基硅油2.5份；硅烷偶联剂KH580 5份；防老剂RD 1.5份；防老剂4010NA 1.5份；硬脂酸1份。
(2)混炼工艺如下：先将20份硅橡胶与0.8份1,6-己二硫醇、0.05份自由基引发剂DBPMH在双辊开炼机上混合、出片，再将其放置在200℃平板硫化机中热压1分钟，压力15MPa，冷却后与丁苯橡胶混合，在200℃的双辊开炼机上动态热处理1分钟，最后加入其他组分(包括1.45份自由基引发剂DBPMH)，混匀出片。
(3)硫化工艺如下：将混好的胶料在平板硫化机中硫化，硫化条件为170℃，16分钟，压力10MPa。
实施例2：
(1)橡胶配方按质量份计：丁苯橡胶80份(数均分子量26.9万，苯乙烯质量分数为25％，乙烯基结构占总丁二烯的摩尔分数为65％)；硅橡胶20份(数均分子量25.6万，乙烯基占总侧基的摩尔分数为0.15％，苯基占总侧基的摩尔分数为3.7％，其余侧基为甲基)；气相法白炭黑Aerosil 200 30份；沉淀法白炭黑VN3 30份；大麻纤维15份；坚果壳粉6份；1,6-己二硫醇0.8份；自由基引发剂BPO 0.05份；自由基引发剂DBPMH 1.5份；羟基硅油2.5份；硅烷偶联剂KH580 5份；防老剂RD 1.5份；防老剂4010NA 1.5份；硬脂酸1份。
(2)混炼工艺如下：先将20份硅橡胶与0.8份1,6-己二硫醇、0.05份自由基引发剂BPO在双辊开炼机上混合、出片，再将其放置在60℃平板硫化机中热压20分钟，压力5MPa，冷却后与丁苯橡胶混合，在60℃的双辊开炼机上动态热处理20分钟，最后加入其他组分(包括1.5份自由基引发剂DBPMH)，混匀出片。
(3)硫化工艺如下：将混好的胶料在平板硫化机中硫化，硫化条件为170℃，16分钟，压力10MPa。
实施例3：
(1)橡胶配方按质量份计：丁苯橡胶80份(数均分子量26.9万，苯乙烯质量分数为25％，乙烯基结构占总丁二烯的摩尔分数为65％)；硅橡胶20份(数均分子量35.6万，乙烯基占总侧基的摩尔分数为0.15％，其余侧基为甲基)；三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)0.6份；气相法白炭黑Aerosil 200 30份；沉淀法白炭黑VN3 30份；大麻纤维20份；坚果壳粉8份；自由基引发剂DBPMH 1.5份；羟基硅油2.5份；硅烷偶联剂KH580 5份；防老剂RD 1.5份；防老剂4010NA 1.5份；硬脂酸1份。
(2)混炼工艺如下：先将20份硅橡胶与0.6份三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、0.2份自由基引发剂DBPMH在双辊开炼机上混合、出片，再将其放置在150℃平板硫化机中热压10分钟，压力15MPa，冷却后与丁苯橡胶混合，在150℃的双辊开炼机上动态热处理8分钟，最后加入其他组分(包括1.3份自由基引发剂DBPMH)，混匀出片。
(3)硫化工艺如下：将混好的胶料在平板硫化机中硫化，硫化条件为170℃，16分钟，压力10MPa。
Claims (1)
1.一种耐磨汽车轮胎材料，其特征在于所述配方中以重量计包括：丁苯橡胶质量份为50-95，硅橡胶质量份为5-50，多硫醇化合物质量份为0-30，其他组分按质量份计分别为：白炭黑50-100，炭黑10-70，大麻纤维10—20，坚果壳粉5-8，操作油0-40，羟基硅油0-15，硅烷偶联剂0-12，防老剂0-5，石蜡0-3，氧化锌0-5，硬脂酸0-3，硫化促进剂0-5，硫磺0-3，自由基引发剂0.1-5。
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| CN201810766380.8A CN110713639A (zh) | 2018-07-12 | 2018-07-12 | 一种高耐磨抗湿滑轮胎胎面胶料及其制备方法 |
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| CN107835838A (zh) * | 2015-07-10 | 2018-03-23 | 盖茨公司 | 橡胶组合物和使用它的橡胶产品 |
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