一种高性能轮胎胎面胶及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高性能轮胎胎面胶及其制备方法。该轮胎胎面胶的配方质量份数组成为：天然橡胶60～90份，顺丁橡胶0～20份，低分子量反式丁二烯‑异戊二烯共聚橡胶9～20份，炭黑40～60份，白炭黑0～20份，硅烷偶联剂0～2份，氧化锌1～5份，硬脂酸1～5份，硫黄0.3～3份，促进剂0.5～5份，防老剂1～3份，其他助剂1～10份。本发明专利技术采用低分子量反式丁二烯‑异戊二烯共聚橡胶改性轮胎胎面胶，其硫化胶拉伸强度提高15～20％，撕裂强度提高1％～20％，60℃损耗因子降低4％～20％，磨耗降低10％～25％。本发明专利技术的轮胎胎面胶胶料的各项性能满足轮胎胎面胶性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高性能轮胎胎面胶及其制备方法
本专利技术涉及一种高性能轮胎胎面胶，尤其涉及低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶在轮胎胎面胶中的应用及高性能轮胎胎面胶的制备方法。
技术介绍
中国是轮胎生产大国，也是轮胎出口大国。欧盟标签法的实施对我国轮胎工业造成了重大的冲击，迫使我国轮胎行业不断提高轮胎等级，开发新材料、研制新配方。轮胎中的“魔鬼三角”：滚动阻力、磨耗和抗湿滑性是影响轮胎性能的重要指标。在橡胶工业中，通常会使用软化剂，这类物质通常含有环芳烃化合物，人体与其接触会有毒，且多数具有污染性。随着国家对环保的重视，芳烃油的使用受到限制。低分子橡胶的使用可以替代芳烃油，既能够降低有毒化合物，减少材料污染，又能够增加橡胶的加工操作性。同时，低分子橡胶由于含有双键，硫化时能够参与交联，成为硫化网络中的组成部分，与芳烃油比具有优良的物理、化学稳定性。自1943年液体聚硫橡胶问世以来，目前不同的橡胶种类几乎都其对应的低分子量橡胶牌号，包括液体聚丁二烯橡胶(LBR)、液体丁腈橡胶、液体聚异戊二烯橡胶(LIR)、液体丁苯橡胶(LSBR)、液体硅橡胶、液体乙丙橡胶、液体聚硫橡胶和液体聚氨酯橡胶等(《橡胶科技市场》)。日本可乐丽公司生产的多种牌号低分子量液体聚二烯烃橡胶，如LIR、LBR、LSBR被广泛应用在橡胶制品领域(www.kuraray.com)。低分子量橡胶目前多用与胶黏剂和密封材料，在轮胎中的胎面胶和胎圈中也得到应用。低分子橡胶应用在轮胎中可以改善橡胶的填料分散，在轮胎的胎圈中可以减少窝气现象。低分子量橡胶的应用能够改善橡胶的加工性能、便于实现生产的连续化和自动化，但也存在生产成本高的缺点。《特种橡胶制品》中报道了液体橡胶的制备及其在天然橡胶中的应用。《橡胶工业》中也报道了液体橡胶在天然橡胶(NR)和顺丁橡胶(BR)并用体系中的研究，并对液体橡胶在NR/BR体系中对其微观结构和硫化胶的性能做了表征(《合成橡胶工业》)。《材料导报》对液体丁二烯-异戊二烯共聚物在NR/BR并用体系中的应用也做了报道。本专利技术涉及的低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶，不同于已报道的以高顺式-1,4-结构或混合结构为主的LIR或LBR等液体橡胶，而是一种反式结构含量大于92％的丁二烯和异戊二烯多嵌段共聚物，既含有可结晶的反式-1，4-聚丁二烯(TPB)嵌段，又含有可结晶的反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)嵌段，不仅可改善混炼胶的加工性，而且可作为相容剂改善天然橡胶和顺丁橡胶的相容性，同时可结晶性也赋予混炼胶更好的综合力学性能。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是解决芳烃油在轮胎使用中的迁移及污染问题，提供一种可参与硫化交联的低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶并用到轮胎胎面胶中，起到改善胶料的加工混炼性能，同时参与硫化交联的作用。本专利技术的另一个目的是改善天然橡胶与顺丁橡胶的相容性，提供一种低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶作为相容剂并用到轮胎胎面胶中的配方体系。本专利技术的另一个目的是提供一种高性能轮胎胎面胶，其硫化胶的拉伸强度可提高15～20％，撕裂强度提高1％～20％，60℃的损耗因子降低4％～20％，磨耗降低10％～25％。本专利技术的再一个目的是提供一种高性能轮胎胎面胶的制备工艺。为此，本专利技术提供了一种高性能轮胎胎面胶，采用低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶改性天然橡胶或天然橡胶/顺丁橡胶并用体系，混炼胶配方以重量份计，由以下组份组成：天然橡胶60～90份；顺丁橡胶0～20份；低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶9～20份；炭黑40～60份；白炭黑0～20份；硅烷偶联剂0～2份；氧化锌1～5份；硬脂酸1～5份；硫黄0.3～3份；促进剂0.5～5份；防老剂1～3份；其他助剂1～10份。根据上述配方，其中低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶中丁二烯单元的摩尔含量为5％～70％，异戊二烯单元的摩尔含量为95％～30％，反式-1，4-结构摩尔含量大于85％，门尼粘度(100℃，3+4分钟)为10～30，重均分子量5000～20000，分子量分布5～45。本专利技术所述的高性能轮胎胎面胶，其中所述的低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶在橡胶总重量占比为8％～25％；天然橡胶在橡胶总重量占比为60～90％；顺丁橡胶在橡胶总重量占比为0％～22％。本专利技术在高性能轮胎胎面胶配方中所用的炭黑是牌号N110、N234、N330、N375、N339中的一种或者多种配合使用，炭黑的优选份数为40～60质量份；所用的白炭黑是气相法白炭黑和沉淀法白炭黑中的一种或多种配合使用，优选的份数为0～20质量份；所采用的硅烷偶联剂的优选份数为0～2份，优选的硅烷偶联剂为双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(Si69)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH-570)中的一种或多种配合使用；所述的促进剂为促进剂NOBS、促进剂CZ、促进剂DM、促进剂TMTD中的一种或者多种配合使用。本专利技术的高性能轮胎胎面胶，其中所用的防老剂为防老剂RD、防老剂4020、防老剂NA中的一种或多种配合使用。本专利技术的高性能轮胎胎面胶，其中所用的其他助剂为防焦剂、芳烃油、石蜡中的一种或者多种配合使用。硫化体系对高性能轮胎胎面胶硫化胶的性能有非常重要的影响，本专利技术采用普通硫化体系时，促进剂的用量为0.5～0.6份，硫黄的用量为2～3份；采用有效硫化体系时，促进剂的用量为3～5份，硫黄的用量为0.3～0.5份；采用半有效硫化体系时，硫黄的用量为0.8～1.5份，促进剂的用量为0.8～1.5份。本专利技术同时提供了一种高性能轮胎胎面胶的制备方法，包括混炼工艺和硫化工艺，其具体的步骤如下：一段密炼：①采用密炼机，设定密炼机的密炼温度为50～70℃，密炼机转速为40～100转/分钟；投入全部生胶，包括天然橡胶、顺丁橡胶、低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶，密炼1～5min；②投入氧化锌、硬脂酸以及防老剂和其他助剂，密炼1～6min；③投入全部炭黑，密炼2～12min；④投入白炭黑及硅烷偶联剂，密炼4～15min；⑤清扫上顶栓；⑥密炼5～20min，排胶，控制排胶温度为145～155℃，可通过控制转子转速和密炼机冷却系统控制排胶温度。室温放置0.1～5小时，得到一段密炼胶；二段密炼：一段密炼胶投入到密炼机，设定密炼温度为50～70℃，密炼机转速为40～70转/分钟，密炼5～15min排胶，得到二段母炼胶；开炼：设定开炼温度为40～80℃，开炼机慢辊转速30～60转/分钟，开炼机双辊转速比1.4:1～1.1:1；将二段母炼胶投入开炼机，2mm开炼包辊，加入促进剂和硫黄，左右3/4割胶各三次，0.2mm薄通并打三角包六次，2mm包辊下片，23℃停放24～72h后硫化。或者，本专利技术可以采用下面步骤制备高性能轮胎胎面胶：一段密炼：①在密炼机中投入全部天然橡胶、顺丁橡胶，密炼1～5min；②投入氧化锌、硬脂酸以及防老剂和其他助剂，密炼1～6min；③投入全部炭黑，密炼2～12min；④投入白炭黑及硅烷偶联剂，密炼4～15min；⑤清扫上顶栓；⑥加入低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶，压上顶栓，密炼6～25min后排胶，室温放置0.1～5小时，得到一段密炼胶；其中，一段密炼温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能轮胎胎面胶，其特征在于，采用低分子量反式丁二烯‑异戊二烯共聚橡胶改性天然橡胶或天然橡胶/顺丁橡胶并用体系，混炼胶配方以重量份计，由以下组份组成：天然橡胶60～90份；顺丁橡胶0～20份；低分子量反式丁二烯‑异戊二烯共聚橡胶9～20份；炭黑40～60份；白炭黑0～20份；硅烷偶联剂0～2份；氧化锌1～5份；硬脂酸1～5份；硫黄0.3～3份；促进剂0.5～5份；防老剂1～3份；其他助剂1～10份。

【技术特征摘要】
1.一种高性能轮胎胎面胶，其特征在于，采用低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶改性天然橡胶或天然橡胶/顺丁橡胶并用体系，混炼胶配方以重量份计，由以下组份组成：天然橡胶60～90份；顺丁橡胶0～20份；低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶9～20份；炭黑40～60份；白炭黑0～20份；硅烷偶联剂0～2份；氧化锌1～5份；硬脂酸1～5份；硫黄0.3～3份；促进剂0.5～5份；防老剂1～3份；其他助剂1～10份。2.根据权利要求1所述的高性能轮胎胎面胶，其特征在于，所述的低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶中丁二烯单元的摩尔含量为5％～70％，异戊二烯单元的摩尔含量为95％～30％，反式-1，4-结构摩尔含量大于85％，100℃，3+4分钟测试的门尼粘度为10～30，重均分子量5000～20000，分子量分布5～45。3.根据权利要求1所述的高性能轮胎胎面胶，其特征在于，所述的防老剂为防老剂RD、防老剂4020、防老剂NA中的一种或多种配合使用。4.根据权利要求1所述的高性能轮胎胎面胶，其特征在于，所述的炭黑是N110、N234、N330、N375、N339中的一种或者多种配合使用；所述的白炭黑是气相法白炭黑和沉淀法白炭黑中的一种或者多种配合使用；所述的硅烷偶联剂为双-γ-三乙氧基硅基丙基-四硫化物Si69、γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH-550、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷KH-570中的一种或多种配合使用；所述的促进剂为促进剂NOBS、促进剂CZ、促进剂DM、促进剂TMTD中的一种或者多种配合使用。5.根据权利要求1所述的高性能轮胎胎面胶，其特征在于，所述的其他助剂为防焦剂、芳烃油、石蜡中的一种或多种配合使用。6.根据权利要求1所述的高性能轮胎胎面胶，其特征在于，采用普通硫化体系时，促进剂的用量为0.5～0.6份，硫黄的用量为2～3份；采用有效硫化体系时，促进剂的用量为3～5份，硫黄的用量为0.3～0.5份；采用半有效硫化体系时，硫黄的用量为0.8～1.5份，促进剂的用量为0.8～1.5份。7.一种高性能轮胎胎面胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：一段密炼：①在密炼机中，投入全部生胶，包括天然橡胶、顺丁橡胶、低分子量反式丁二烯-异戊二烯共聚橡胶，密炼1～5min；②投入氧化锌、硬脂酸以及防老剂和其他助剂，密炼1～6min；③投入全部炭黑，密炼2～12min；④投入白炭黑及硅烷偶联剂，密炼4～15...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺爱华，马韵升，邵华锋，栾波，王日国，
申请(专利权)人：山东华聚高分子材料有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37