一种耐磨防滑胎面材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及轮胎橡胶材料技术领域，具体涉及一种耐磨防滑胎面材料及其制备方法。


背景技术：

2.橡胶轮胎是承载整车重量与路面相互作用的重要部件。轮胎工业需要在轮胎耐疲劳性、提高燃油经济性和安全性等方面得到持续不断的发展，这些要求可以通过提高耐磨性、减少滚动阻力、提高防滑性，特别是提高湿路面防滑性能得到满足。现有技术中通过添加沉淀法制备的白炭黑，实现轮胎滚动阻力低、抗湿滑性能好的目的，使相互矛盾的两方能够同时提高。其中，轮胎的滚动阻力降低30%，能够节省燃油4-6%，同时兼具良好的操作安全性和经济实用性。然而，由于白炭黑偏酸性及其较强的吸附作用，如果橡胶配方中填充过多的白炭黑，会延迟硫化速度；另一方面白炭黑粒径极小，比表面积较大，表面有一层均匀的硅氧烷和硅醇羟基，具有很强的亲水性，容易相互凝聚成团，在有机相中难以湿润和分散，使得掺用白炭黑的胶料粘度大幅度升高，胶料加工困难。
3.与炭黑相比，白炭黑填充的胶料具有优异的抗撕裂的性能、滚动阻力低、生热小、耗油少、对干湿路面的适应力强等优点，特别是在较低的滚动阻力方面，显示了白炭黑优于炭黑的卓越性能。未改性的沉淀法白炭黑表面存在大量的硅氧烷基和羟基，使白炭黑呈弱酸性、易吸附橡胶加工助剂中碱性助剂，硫化效率降低，严重影响补强效果。因此需要对白炭黑进行表面疏水性处理。硅烷偶联剂是目前白炭黑最常见的表面改性剂。然而白炭黑-硅烷偶联剂填充胎面胶在使用过程中发现其短期耐磨性与炭黑胶料相似，但是在轮胎长期使用（2万公里以上），白炭黑-硅烷偶联剂的耐磨性下降幅度大，这与白炭黑-硅烷-橡胶之间的化学键断裂有关。因此，制备一种新型白炭黑添加在橡胶中，制备出一种耐疲劳橡胶材料应用在轮胎领域具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种耐磨防滑胎面材料及其制备方法，解决以下技术问题：现有的改性白炭黑添加在橡胶中制备的轮胎橡胶材料，耐疲劳性能差，在长期使用过程中各性能下降程度大。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，包括如下步骤：s1：将天然橡胶、顺丁橡胶、改性白炭黑、氧化锌、硬脂酸混合后，排胶处理，再密炼处理得到密炼胶；s2：将密炼胶、硫磺、促进剂硫化处理并压片成型，得到耐磨防滑胎面材料；改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：a1：将白炭黑、naoh溶液加入反应釜中，分散均匀，继续加入环氧氯丙烷、丙酮，升
温至40-50℃，保温反应3-6h，去离子水洗至中性、干燥，得到组分一；a2：将组分一、丙烯酸加入反应瓶a，控制温度80-90℃，加入对羟基苯甲醚、四乙基溴化铵，升温至100-110℃，保温1-3h，洗涤、干燥，得到组分二；a3：氮气氛围中，将组分二加入反应瓶b中，控制温度90-100℃，加入正硅酸乙酯、二月桂酸二丁基锡，保温3-6h，石油醚离心萃取、减压蒸馏除去溶剂，得到改性白炭黑。
6.作为本发明的进一步方案：s1中天然橡胶、顺丁橡胶、改性白炭黑、氧化锌、硬脂酸的质量比为50-80：20-50：10-50：5-10：1-2。
7.作为本发明的进一步方案：s2中密炼胶、硫磺、促进剂的质量比为100：1-5：0.1-0.5，所述促进剂为促进剂m。
8.作为本发明的进一步方案：s1中排胶处理具体为：排胶温度140-160℃。
9.作为本发明的进一步方案：s1中密炼处理具体为：将天然橡胶、顺丁橡胶、改性白炭黑加入密炼机中，在密炼温度40-50℃、转速50-60r/min条件下，密炼0.5-3min。
10.作为本发明的进一步方案：s2中硫化处理具体为：硫化温度150-160℃、压强3-10mpa。
11.作为本发明的进一步方案：a1中naoh溶液为0.5-1mol/lnaoh水溶液，白炭黑、naoh溶液、环氧氯丙烷、丙酮的添加比为10g：20-400ml：100-200ml：150-300ml。
12.作为本发明的进一步方案：a2中组分一、丙烯酸、对羟基苯甲醚、四乙基溴化铵的质量比为10：3-6：0.01-0.02：0.1-0.3。
13.作为本发明的进一步方案：a3中组分二、正硅酸乙酯、二月桂酸二丁基锡的质量比为10：5-10：0.05-0.1。
14.一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，由上述任意一项制备方法制成。
15.本发明的有益效果：本技术制备一种新型改性白炭黑直接添加在耐磨防滑胎面材料中，不仅赋予胎面材料良好的耐磨防滑性能，减小水接触角，上升浸润性能，提高刺破水膜效果，抗湿滑性能增加。而且本技术制备的改性白炭黑通过化学键与橡胶交联，增加橡胶与改性白炭黑的相互作用，降低轮胎的滚动阻力。本技术制备的改性白炭黑添加在橡胶材料中，改性白炭黑与橡胶协同作用，利用白炭黑以及其表面接枝的分子链不仅提高白炭黑在橡胶中分散性，而且使白炭黑与橡胶交联成连续相，白炭黑粒子与橡胶开始相互接触，相互作用，形成局部导热网链，有效促进橡胶中的热量通过声子沿着导热网链传有效提高导热性能，有利于降低轮胎温升和油耗，提高轮胎行驶安全性与使用寿命；而且还能有效降低橡胶材料在受到往复应力作用下，滞后损失产生的热量无法快速的散发出去的问题，维持轮胎温度。使轮胎的物理机械性能、抗老化性能、耐疲劳性能可以维持较高的性能，维持轮胎的粘合强度、气密性、耐磨性。保持轮胎的滚动阻力小、油耗低的优点。
具体实施方式
16.下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
17.改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：a1：将50g白炭黑、100ml 0.5mol/lnaoh水溶液加入反应釜中，分散均匀，继续加入500ml环氧氯丙烷、750ml丙酮，升温至40℃，保温反应3h，去离子水洗至中性、干燥，得到组分一；a2：将50g组分一、15g丙烯酸加入反应瓶a，控制温度80℃，加入0.05g对羟基苯甲醚、0.5g四乙基溴化铵，升温至100℃，保温1h，洗涤、干燥，得到组分二；a3：氮气氛围中，将50g组分二加入反应瓶b中，控制温度90℃，加入25g正硅酸乙酯、0.25g二月桂酸二丁基锡，保温3h，石油醚离心萃取、减压蒸馏除去溶剂，得到改性白炭黑。
实施例2
18.改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：a1：将50g白炭黑、1000ml 0.5mol/lnaoh水溶液加入反应釜中，分散均匀，继续加入700ml环氧氯丙烷、1000ml丙酮，升温至45℃，保温反应3h，去离子水洗至中性、干燥，得到组分一；a2：将50g组分一、20g丙烯酸加入反应瓶a，控制温度85℃，加入0.07g对羟基苯甲醚、1g四乙基溴化铵，升温至105℃，保温2h，洗涤、干燥，得到组分二；a3：氮气氛围中，将50g组分二加入反应瓶b中，控制温度95℃，加入40g正硅酸乙酯、0.35g二月桂酸二丁基锡，保温3h，石油醚离心萃取、减压蒸馏除去溶剂，得到改性白炭黑。
实施例3
19.改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：a1：将50g白炭黑、2000ml 0.5mol/lnaoh水溶液加入反应釜中，分散均匀，继续加入1000ml环氧氯丙烷、1500ml丙酮，升温至50℃，保温反应6h，去离子水洗至中性、干燥，得到组分一；a2：将50g组分一、30g丙烯酸加入反应瓶a，控制温度90℃，加入0.1g对羟基苯甲醚、1.5g四乙基溴化铵，升温至110℃，保温3h，洗涤、干燥，得到组分二；a3：氮气氛围中，将50g组分二加入反应瓶b中，控制温度100℃，加入50g正硅酸乙酯、0.5g二月桂酸二丁基锡，保温6h，石油醚离心萃取、减压蒸馏除去溶剂，得到改性白炭黑。
实施例4
20.一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，包括如下步骤：s1：将50g nr scr5标准胶、50g br 9000、50g实施例1制备的改性白炭黑、5g氧化锌、1.5g硬脂酸混合后，升温至140℃下排胶处理，再加入密炼机中，在密炼温度45℃、转速55r/min条件下，密炼1min，得到密炼胶；s2：将100g密炼胶、3g硫磺、0.4g促进剂m置于平板硫化机中，硫化温度155℃、压强
5mpa下，硫化时间为tc90
×
1.3，并压片成型，得到耐磨防滑胎面材料。
实施例5
21.一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，包括如下步骤：s1：将50g nr scr5标准胶、50g br 9000、50g实施例2制备的改性白炭黑、5g氧化锌、1.5g硬脂酸混合后，升温至140℃下排胶处理，再加入密炼机中，在密炼温度45℃、转速55r/min条件下，密炼1min，得到密炼胶；s2：将100g密炼胶、3g硫磺、0.4g促进剂m置于平板硫化机中，硫化温度155℃、压强5mpa下，硫化时间为tc90
×
1.3，并压片成型，得到耐磨防滑胎面材料。
实施例6
22.一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，包括如下步骤：s1：将50g nr scr5标准胶、50g br 9000、50g实施例3制备的改性白炭黑、5g氧化锌、1.5g硬脂酸混合后，升温至140℃下排胶处理，再加入密炼机中，在密炼温度45℃、转速55r/min条件下，密炼1min，得到密炼胶；s2：将100g密炼胶、3g硫磺、0.4g促进剂m置于平板硫化机中，硫化温度155℃、压强5mpa下，硫化时间为tc90
×
1.3，并压片成型，得到耐磨防滑胎面材料。
实施例7
23.一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，包括如下步骤：s1：将50g nr scr5标准胶、50g br 9000、10g实施例1制备的改性白炭黑、5g氧化锌、1.5g硬脂酸混合后，升温至140℃下排胶处理，再加入密炼机中，在密炼温度45℃、转速55r/min条件下，密炼1min，得到密炼胶；s2：将100g密炼胶、3g硫磺、0.4g促进剂m置于平板硫化机中，硫化温度155℃、压强5mpa下，硫化时间为tc90
×
1.3，并压片成型，得到耐磨防滑胎面材料。
实施例8
24.一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，包括如下步骤：s1：将50g nr scr5标准胶、50g br 9000、30g实施例1制备的改性白炭黑、5g氧化锌、1.5g硬脂酸混合后，升温至140℃下排胶处理，再加入密炼机中，在密炼温度45℃、转速55r/min条件下，密炼1min，得到密炼胶；s2：将100g密炼胶、3g硫磺、0.4g促进剂m置于平板硫化机中，硫化温度155℃、压强5mpa下，硫化时间为tc90
×
1.3，并压片成型，得到耐磨防滑胎面材料。
25.对比例1改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：a1：将50g白炭黑、100ml 0.5mol/lnaoh水溶液加入反应釜中，分散均匀，继续加入500ml环氧氯丙烷、750ml丙酮，升温至40℃，保温反应3h，去离子水洗至中性、干燥，得到组分一；a2：将50g组分一、15g丙烯酸加入反应瓶a，控制温度80℃，加入0.05g对羟基苯甲
醚、0.5g四乙基溴化铵，升温至100℃，保温1h，洗涤、干燥，得到改性白炭黑。
26.对比例2改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：a1：将50g白炭黑、100ml 0.5mol/lnaoh水溶液加入反应釜中，分散均匀，继续加入500ml环氧氯丙烷、750ml丙酮，升温至40℃，保温反应3h，去离子水洗至中性、干燥，得到改性白炭黑。
27.对比例3与实施例4相比，本对比例中添加的实施例1制备的改性白炭黑等质量替换成白炭黑，其余组分和步骤与实施例4完全一致。
28.对比例4与实施例4相比，本对比例中添加的实施例1制备的改性白炭黑等质量替换成对比例1制备的白炭黑，其余组分和步骤与实施例4完全一致。
29.对比例5与实施例4相比，本对比例中添加的实施例1制备的改性白炭黑等质量替换成对比例2制备的白炭黑，其余组分和步骤与实施例4完全一致。
30.性能检测（1）拉伸强度、拉伸应力、断裂伸长率：根据gb/t 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行测定，利用德国zwick公司的电子拉力试验机进行测试，拉伸速度为500mm/min，测试温度为室温；检测结果见表1；（2）撕裂性能：根据gb/t 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤型、直角形和新月形试样）》，利用德国zwick公司的电子拉力试验机进行测试，拉伸速度为500mm/min，测试温度为室温；检测结果见表1；（3）硫化胶硬度：根据gb/531-1992《硫化橡胶邵尔a硬度试验方法》，检测结果见表1；（4）akron磨耗：根据gb/t 1689-1998《硫化橡胶耐磨性能的测定》，采用扬州市源峰试验机械厂生产的型号为yf-8025的akron磨耗试验机进行测试，测试条件为：温度25℃、相对湿度15%、转数3944转（1.61km）、工作载荷500g。根据下式计算损耗：ws=m
0-m1vs=ws/ρ式中，ws为磨损质量，g；vs为磨损体积，cm3；m0为磨损前质量，g；m1为磨损后质量，g；ρ为橡胶密度，g/cm3；检测结果见表1；（5）din磨耗：根据gb/t 9867-1988《硫化橡胶耐磨性能的测定 (旋转辊筒式磨耗机法)》，采用高铁检测仪器有限公司的gt-7012d型dn磨耗机上进行。实验试样为圆柱型，φ
×
h为16mm
×
10mm；检测结果见表1；表1：实施例4-8、对比例3-5力学性能检测数据统计表
31.（6）导热系数：热扩散系数
ɑ
：采用德国netzsch公司的lfa447型激光导热仪进行测试，测试分别
在30℃、60℃、90℃、120℃、150℃五个温度点下进行；硫化胶的比热熔cp：采用差示扫描量热仪(dsc)对材料比热熔进行测试和分析。试样在氮气氛围下进行测试，以蓝宝石为标样，扫描温度范围为-10℃～170℃，升温速率10k/min；导热系数λ=ρ
×
ɑ
×
cp式中，λ为导热系数，w/(m
·
k)；ρ为橡胶密度，g/cm3；
ɑ
为热扩散系数；cp为硫化胶的比热熔。检测结果见表2；表2：实施例4-8、对比例3-5导热性能检测数据统计表
32.由表1-2可知，本技术制备的胎面材料不仅具有优良的耐磨防滑性能。而且具有良好的耐老化性能，在长期使用下，依旧保持良好的机械性能。
33.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

技术特征：
1.一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1：将天然橡胶、顺丁橡胶、改性白炭黑、氧化锌、硬脂酸混合后，排胶处理，再密炼处理得到密炼胶；s2：将密炼胶、硫磺、促进剂硫化处理并压片成型，得到耐磨防滑胎面材料；所述改性白炭黑的制备方法包括如下步骤：a1：将白炭黑、naoh溶液加入反应釜中，分散均匀，继续加入环氧氯丙烷、丙酮，升温至40-50℃，保温反应3-6h，去离子水洗至中性、干燥，得到组分一；a2：将组分一、丙烯酸加入反应瓶a，控制温度80-90℃，加入对羟基苯甲醚、四乙基溴化铵，升温至100-110℃，保温1-3h，洗涤、干燥，得到组分二；a3：氮气氛围中，将组分二加入反应瓶b中，控制温度90-100℃，加入正硅酸乙酯、二月桂酸二丁基锡，保温3-6h，石油醚离心萃取、减压蒸馏除去溶剂，得到改性白炭黑；s1中天然橡胶、顺丁橡胶、改性白炭黑、氧化锌、硬脂酸的质量比为50-80：20-50：10-50：5-10：1-2。2.根据权利要求1所述的一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，其特征在于，s2中密炼胶、硫磺、促进剂的质量比为100：1-5：0.1-0.5，所述促进剂为促进剂m。3.根据权利要求1所述的一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，其特征在于，s1中排胶处理具体为：排胶温度140-160℃。4.根据权利要求1所述的一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，其特征在于，s1中密炼处理具体为：在密炼温度40-50℃、转速50-60r/min条件下，密炼0.5-3min。5.根据权利要求1所述的一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，其特征在于，s2中硫化处理具体为：硫化温度150-160℃、压强3-10mpa。6.根据权利要求1所述的一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，其特征在于，a1中naoh溶液为0.5-1mol/lnaoh水溶液，白炭黑、naoh溶液、环氧氯丙烷、丙酮的添加比为10g：20-400ml：100-200ml：150-300ml。7.根据权利要求1所述的一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，其特征在于，a2中组分一、丙烯酸、对羟基苯甲醚、四乙基溴化铵的质量比为10：3-6：0.01-0.02：0.1-0.3。8.根据权利要求1所述的一种耐磨防滑胎面材料的制备方法，其特征在于，a3中组分二、正硅酸乙酯、二月桂酸二丁基锡的质量比为10：5-10：0.05-0.1。9.一种耐磨防滑胎面材料，其特征在于，由权利要求1-8中任意一项所述的制备方法制成。

技术总结
本发明公开了一种耐磨防滑胎面材料及其制备方法，涉及轮胎橡胶材料技术领域。本发明耐磨防滑胎面材料制备方法，包括如下步骤：S1：将天然橡胶、顺丁橡胶、改性白炭黑、氧化锌、硬脂酸混合排胶后密炼，得到密炼胶；S2：将密炼胶、硫磺、促进剂硫化处理并压片成型，得到耐磨防滑胎面材料。本申请制备一种新型白炭黑添加在胎面材料中制备的材料不仅耐磨防滑性能优良，而且抗老化性能优良，长期使用下，性能保持效果好。效果好。


技术研发人员：王克强 隋非非
受保护的技术使用者：山东昊华轮胎有限公司
技术研发日：2023.09.04
技术公布日：2023/10/11