本发明专利技术公开了一种非均质冬季轮胎胎面胶，其中有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体的面积比为1：2：1；胎面胶单元体沿胎面宽度方向长度比为有利于防侧滑胎面胶单元体：有利于起动胎面胶单元体：有利于防侧滑胎面胶单元体＝1：3：1，本发明专利技术所制备的非均质冬季轮胎胎面胶，分别针对有利于车辆起动、制动及防侧滑三种典型运动状态优化设计胎面胶单元材料，再通过改变胎面胶单元材料之间的结构、形状及分布比例组合优化，最终形成非均质的胎面材料，并应用到汽车冬季轮胎相关问题的解决中，为高抗滑轮胎的研究奠定理论基础。
A heterogeneous winter tire tread compound and its preparation process
【技术实现步骤摘要】
一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺
本专利技术涉及橡胶轮胎
，尤其涉及一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺。
技术介绍
我国受冰雪影响的地区约占全国国土面积的二分之一，尤其是东北、西北地区。在漫长的冬季，冰雪路面的附着系数很低，很容易出现车辆打滑和车辆失控的情况，致使车速减慢、交通阻断，严重时导致交通事故频繁发生，特别是交叉路口、上下坡及弯道区域，冰雪路面对交通的影响更加明显。据统计，冰雪引起的交通事故数量较正常情况下一般高出3-4倍。车辆在冰雪路面上行驶，尤其是上坡、起步时，因汽车轮胎与路面的摩擦系数减小、附着力大大降低，汽车驱动轮很容易打滑或空转；当遇紧急情况制动时，制动距离会大大延长，高于一般干燥路面的4倍以上；当在冰雪路面上转弯时，很容易造成侧滑及方向跑偏现象。目前，国内外对于冬季轮胎的研究、生产和使用都相当重视，冬季轮胎已经成为轮胎分类的品种之一。国际上轮胎生产制造商(如普利司通、邓禄普、韩泰、米其林、固特异等)都在加大对冬季轮胎的研究、生产和制造。美国、加拿大、欧洲等很多国家和地区都有明确规定，汽车在冬季必须更换冬季轮胎，有些国家用立法进行约束，而中国却没有相关的法规强制要求。但随着对于交通重视程度的增强和安全意识的提高，我国冬季轮胎的需求量迅速增大，国内轮胎企业必将关注国内外冬季轮胎市场的走向，开展适合我国国情的冬季轮胎的研究愈发重要。因此，加强研究冬季轮胎安全行驶性、减少或不损伤路面、降低轮胎行驶能量的损耗，对于提高北方汽车在冰雪路面，特别是在北方城市冬季多间断性、薄冰、硬质冰雪道路上的安全行驶性能，保障道路畅通，减少交通事故具有重要意义，非均质冬季轮胎胎面胶可有效提高冰雪路面车辆起动、制动及侧滑等综合抗滑性能，而现有冬季轮胎在起动、制动及侧滑等某方面具有抗滑优势，其三方面综合起来的抗滑性能欠佳。因此，为了有效解决上述问题，本专利技术提供了一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺，本专利技术通过分别针对有利于车辆起动、制动及防侧滑三种典型运动状态优化设计胎面胶单元材料，再通过改变胎面胶单元材料之间的结构、形状及分布比例组合优化，最终形成非均质的胎面材料，有效提高冬季轮胎的综合抗滑性和使用安全性。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种非均质冬季轮胎胎面胶及其制备工艺，本专利技术通过分别针对有利于车辆起动、制动及防侧滑三种典型运动状态优化设计胎面胶单元材料，改变原有的单一均质胎面材料入手，研究采用非均质胎面材料的性能来提高轮胎在冰雪路面的综合抗滑性能，再通过改变胎面胶单元材料之间的结构、形状及分布比例组合优化，最终形成非均质的胎面材料，有效提高冬季轮胎的抗滑性和使用安全性，对于提高冰雪路面上轮胎的综合行驶性能和汽车行驶安全问题具有重要意义。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种非均质冬季轮胎胎面胶，包括原材料：有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体；其中，所述有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体沿非均质冬季轮胎胎面胶单元体长度方向依次交替分布，所述有利于防侧滑胎面胶单元体位于有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体两侧；所述胎面胶单元体沿胎面宽度方向长度比为有利于防侧滑胎面胶单元体：有利于起动胎面胶单元体/有利于制动胎面胶单元体：有利于防侧滑胎面胶单元体＝1：3：1；所述有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体的面积比为1：2：1。针对有利于起动、制动和防侧滑三种运动状态，雪路面、冰雪混合路面、压实冰路面及冰水混合路面四种典型工况，载荷、环境温度(-5～-40℃)、行驶速度(10～60km/h)及转弯半径四种条件下进行胎面胶单元体分布组合优化，获得满足雪路面、冰雪混合路面、压实冰路面、冰水混合路面及上述四种综合路面工况下的车辆起动、制动及防侧滑综合性能优良的胎面胶多元体。采用人工神经网络中的“多层误差反向传播”算法(BP算法)和基于共享小生境技术的遗传算法(paretoGA)并应用Matlab软件来求解多目标分布组合优化问题，构建了由输入层、第一隐层、第二隐层和输出层组成的多层前向神经网络。通过改变有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体及有利于防侧滑胎面胶单元体的结构、形状、分布比例，对比了各种分布组合，寻找出了本专利技术最佳的分布组合方案。优选地，所述有利于起动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑13-18份，炭黑30-50份，促进剂0.8-1.3份，硫化剂1.5-2.5份，防老剂3-4份，硬脂酸2-3份，氧化锌3-5份，操作油5-7份。优选地，所述有利于起动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶100份，白炭黑15份，炭黑40份，促进剂1.1份，硫化剂1.8份，防老剂3.6份，硬脂酸2.5份，氧化锌4份，操作油6份。优选地，所述基体橡胶为天然橡胶和丁苯橡胶，按重量份计，天然橡胶70份，丁苯橡胶30份；所述炭黑为炭黑N234，所述促进剂为NOBS，所述硫化机为硫黄。优选地，所述有利于起动胎面胶单元体的制备工艺为：一段混炼：将基体橡胶天然橡胶和丁苯橡胶分别混炼，转子转速设置为50-60r/min，混炼30-40min，当二者的黏度相近后，混合在一起继续混炼10-15min，此时转子转速设置为35-45r/min，排胶温度设置为120-125℃；二段混炼：一段混炼后的基体橡胶放置5-8min后，依次加入硬脂酸和防老剂总量的2/3进行混炼15-20min，转子转速设置为45-55r/min，然后依次加入炭黑总量的1/2继续混炼10-15min，转子转速设置为40-50r/min，排胶温度设置为125-130℃；三段混炼：二段混炼后的基体橡胶放置3-5min后，依次加入促进剂、操作油和剩余的防老剂混炼15-20min，转子转速设置为40-50r/min，然后依次加入白炭黑、剩余的炭黑继续混炼15-20min，转子转速设置为35-45r/min，排胶温度设置为110-120℃；将三段混炼后的基体橡胶放置10-15min后，进行硫化，硫化温度为135-145℃，硫化压力为4-6MPa，硫化时间为90-110min，硫化后在空气中自然降温，即得到有利于提高起动性的胎面胶单元体。优选地，所述有利于制动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑10-20份，炭黑25-35份，促进剂1-3份，硫化剂1-2份，防老剂1-2份，硬脂酸2-3份，氧化锌1-2份，芳烃油7-9份，硅烷偶联剂3-4份，短切碳纤维3-19份。优选地，所述有利于制动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶100份，白炭黑15份，炭黑30份，促进剂2份，硫化剂1.6份，防老剂1.6份，硬脂酸2.4份，氧化锌1.5份，芳烃油8.75份，硅烷偶联剂3.5份，短切碳纤维10.6份。优选地，所述基体橡胶为天然橡胶和丁苯橡胶，按重量份计，天然橡胶80份，丁苯橡胶20份；所述炭黑为炭黑N330，所述硫化机为硫黄，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，包括原材料：有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体；/n其中，所述有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体沿非均质冬季轮胎胎面胶单元体长度方向依次交替分布，所述有利于防侧滑胎面胶单元体位于有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体两侧；/n所述胎面胶单元体沿胎面宽度方向长度比为有利于防侧滑胎面胶单元体：有利于起动胎面胶单元体/有利于制动胎面胶单元体：有利于防侧滑胎面胶单元体＝1：3：1；所述有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体的面积比为1：2：1。/n
【技术特征摘要】
1.一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，包括原材料：有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体；
其中，所述有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体沿非均质冬季轮胎胎面胶单元体长度方向依次交替分布，所述有利于防侧滑胎面胶单元体位于有利于起动胎面胶单元体与有利于制动胎面胶单元体两侧；
所述胎面胶单元体沿胎面宽度方向长度比为有利于防侧滑胎面胶单元体：有利于起动胎面胶单元体/有利于制动胎面胶单元体：有利于防侧滑胎面胶单元体＝1：3：1；所述有利于起动胎面胶单元体、有利于制动胎面胶单元体和有利于防侧滑胎面胶单元体的面积比为1：2：1。
2.根据权利要求1所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，所述有利于起动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑13-18份，炭黑30-50份，促进剂0.8-1.3份，硫化剂1.5-2.5份，防老剂3-4份，硬脂酸2-3份，氧化锌3-5份，芳烃油5-7份。
3.根据权利要求1所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，所述有利于制动胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑10-20份，炭黑25-35份，促进剂1-3份，硫化剂1-2份，防老剂1-2份，硬脂酸2-3份，氧化锌1-2份，芳烃油7-9份，硅烷偶联剂3-4份，短切碳纤维3-19份。
4.根据权利要求1所述的一种非均质冬季轮胎胎面胶，其特征在于，所述有利于防侧滑胎面胶单元体包括以下重量份原料：基体橡胶80-120份，白炭黑15-25份，炭黑30-50份，促进剂1-2份，硫化剂1-2份，防老剂1-2份，硬脂酸1-3份，氧化锌2-3份，芳烃油4-6份，石蜡1-2份，增...
【专利技术属性】
技术研发人员：王强，姜莉，齐晓杰，王云龙，王国田，
申请(专利权)人：黑龙江工程学院，
类型：发明
国别省市：黑龙;23
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