低滚阻胎面胶料及其制备方法与流程

低滚阻胎面胶料及其制备方法
1.本技术是申请日为2018年12月24日、申请号为201811584123.9、发明名称为《低滚阻复合材料及其制备方法、胎面胶料及其制备方法》的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及轮胎加工领域，具体而言，涉及一种低滚阻复合材料及其制备方法、以及包含上述复合材料的一种全钢载重子午胎胎面的低滚阻胎面胶料及其制备方法。


背景技术：

3.全钢载重子午线轮胎，使用范围很广，承载能力强，抗穿刺，真空轮胎表面是一层优质橡胶，充气后外表张力增大，在内表面形成一定的压力，提高了对破口的自封能力，一旦扎破，不像普通车胎那样气体在瞬间全部泄完，会持续一定的时间，保障了高速行车时的安全。超耐磨，真空轮胎轮圈比普通轮圈直径大，在行驶中不会受到刹车鼓热量的影响。由于没有内胎和衬带，轮胎与车轮圈密封为一体，在车辆在高速行驶时，由轮胎和路面摩擦产生的高温，在内部(热空气)经钢圈直接散热快速降低胎温，从而延长轮胎的使用寿命。油耗低。能保持较好的行驶稳定性和较小的摩擦，有利于减震和提高车速。带束层的定位性高，车轮的径向跳动量小，阻力小。因而节省燃油3％，使用全钢子午线轮胎的车，其耐磨性、安全性、舒适性、稳定性都比使用普通轮胎高。常作为工程机械轮胎、矿用轮胎，长途卡客车轮胎和中短途卡车胎使用。
4.低滚阻轮胎是欧盟、美国日趋严格的乘用车排放标准(或燃油限值)倒逼的一项技术创新。尽管全钢载重子午线卡客车轮胎相比斜交轮胎油耗低，但是按照欧盟2020年的乘用车排放标准，在欧盟的汽车厂家的产品线平均二氧化碳排放要达到95克/百公里。美国的目标则是到2025年，在美国的汽车厂家的产品线平均每加仑汽油行驶里程(mpg)要达到54.5英里(注：1加仑＝3.785升，1英里＝1.6公里)。我们还需要更深层次的革新技术。
5.影响轮胎滚动阻力的有4个方面：轮胎断面高宽比，轮胎的滚动阻力随着轮胎断面高宽比增大而增大；轮辋直径，轮胎的滚动阻力随着轮辋直径增加而减小；轮胎材料，轮胎用的材料对轮胎滚动阻力影响较大，一般情况下由胎面产生的滚动阻力占轮胎滚动阻力的49％；气压和负荷，充气压力增大，轮胎滚动阻力降低，负荷在一定范围内，负荷增加，轮胎滚动阻力增加，超过此范围，负荷增大，滚动阻力基本不变。
6.其中对应低滚阻轮胎的花纹、侧壁及轮毂的尺寸都与传统轮胎不同，这种轮胎的直径更大(转动一圈的行驶距离更长)，胎宽也较窄(减少与地面的接触面积)，但缺点也很明显，就是其抓地力变弱，湿滑路面的起步和刹车也变得迟滞和疲软，而这都是汽车操控很关键的因素，在相当程度上会影响消费者的选择，使用要在保持轮胎的安全性的基础上来降低轮胎滚动阻力。
7.鉴于现有技术低滚阻轮胎应用非常广泛，但是市面上的低滚阻轮胎的低滚阻性能不佳，其他方面的相关性能也表现欠佳。
8.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

9.本发明的第一目的在于提供一种低滚阻复合材料，该低滚阻复合材料通过将硅烷偶联剂与白炭黑复合，利用硅烷偶联剂对白炭黑的表面进行相应的处理后，减少了白炭黑的团聚，使得白炭黑的分散性更为优异，均一度提高，有利于提高后续其继续应用的相关性能。
10.本发明的第二目的在于提供上述低滚阻复合材料的制备方法，该制备方法操作步骤简单，操作步骤前后衔接紧密，操作条件温和，大大缩短了操作时间，节约操作成本，值得广泛推广进行应用。
11.本发明的第三目的在于提供包含上述低滚阻复合材料的全钢载重子午胎胎面的低滚阻胎面胶料，该胶料各个方面的性能均表现比较优异，回弹性以及耐磨耗性能均表现良好，尤其滚阻性能上表现更加显著，这与本发明所采用的特定配方的复合材料的优异性是分不开的。
12.本发明的第四目的在于提供上述低滚阻胎面胶料的制备方法，该制备方法操作步骤简单，操作步骤前后衔接紧密，操作条件温和，大大缩短了操作时间，节约操作成本，值得广泛推广进行应用。
13.为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
14.本发明实施例提供了一种低滚阻复合材料，主要由白炭黑和硅烷偶联剂组成：
15.优选地，所述低滚阻复合材料中，硅烷偶联剂的质量百分比为1-50wt％，其余为白炭黑。
16.优选地，作为进一步可实施的方案，所述硅烷偶联剂的质量百分比为20-40wt％；
17.更优选地，所述硅烷偶联剂的质量百分比为25-35wt％。
18.现有技术中一般的制作方法是将白炭黑与其他助剂直接进行混炼，但是其他相关添加的助剂无法与白炭黑充分接触，白炭黑也比较容易团聚，导致制备得到的胎面胶的相关性能受到一定的影响。
19.本发明为了解决上述技术问题提供了一种低滚阻复合材料，该复合材料中通过将白炭黑和硅烷偶联剂复合后，使其与白炭黑充分的接触后，加强其与白炭黑的反应程度，也不会浪费硅烷偶联剂，达到充分利用的目的，这样白炭黑表面经过改性后再与其他物料一起混炼，白炭黑的表面改性会更充分，所以后期的白炭黑的团聚也会相应减少。其后续做成胎面胶料后相关性能也比较优异，尤其是滚阻性能上表现更加显著。
20.本发明为了加强两者之间的相互作用，对于配比进行了进一步的优化，硅烷偶联剂的质量百分比还可以为10wt％、15wt％、18wt％、22wt％等。
21.优选地，作为进一步可实施的方案，所述硅烷偶联剂的型号为硅烷偶联剂si-69。
22.本发明实施例还提供了上述低滚阻复合材料的制备方法，包括如下步骤：
23.白炭黑和硅烷偶联剂搅拌反应1-10h后，即可。
24.优选地，作为进一步可实施的方案，反应温度为20-150℃之间。
25.优选地，作为进一步可实施的方案，反应转速控制在10-200rpm之间。
26.将各个操作参数控制在比较优异的范围内，提高其制备得到的复合材料的各个方面的性能。
27.本发明实施例还提供了包含上述复合材料的全钢载重子午胎胎面的低滚阻胎面
胶料，该胶料非常适用于全钢载重子午胎胎面，应用性能非常优异。
28.本发明实施例还提供了上述低滚阻胎面胶料的制备方法，包括如下步骤：
29.将天然橡胶与氧化锌、硬脂酸、软化剂，炭黑、所述低滚阻复合材料混炼后得到母胶，添加硫磺、促进剂、防老剂、防焦剂开炼后，即可。
30.优选地，作为进一步可实施的方案，混炼在密炼机中进行，密炼机的转速控制在50-100rpm之间。
31.优选地，作为进一步可实施的方案，开炼在开炼机中进行，开炼机的前辊转速控制在20-30rpm之间，后辊转速控制在10-20rpm之间，辊温为50-60℃之间。
32.优选地，上述步骤中，低滚阻复合材料的用量为15-20质量份。
33.上述制备方法中，通过在密炼与开炼的环节添加一些助剂，以提高最后得到的胶料的相关性能。
34.实际操作过程可以按照如下步骤进行：
35.母胶混炼：设置密炼机转速为65prm，在密炼机中加入天然橡胶，混炼55秒后加入氧化锌、硬脂酸、软化剂，混炼至115秒，加入炭黑、加入本发明配方中的低滚阻复合材料混炼至165秒，提栓，然后压栓至235秒后排料即得母胶；
36.终炼胶混炼：设置开炼机前辊转速22rpm，后辊转速18rpm，辊温为55℃，在开炼机中加入母胶、硫磺、促进剂、防老剂、防焦剂，薄通6次，打三角包6次，排胶即得胶料。
37.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
38.(1)本发明的滚阻复合材料通过将硅烷偶联剂与白炭黑复合，利用硅烷偶联剂对白炭黑的表面进行相应的处理后，减少了白炭黑的团聚，使得白炭黑的分散性更为优异，均一度提高，有利于提高后续其继续应用的相关性能；
39.(2)本发明的低滚阻复合材料的制备方法操作步骤简单，操作步骤前后衔接紧密，操作条件温和，缩短了操作时间，节约操作成本，值得广泛推广进行应用；
40.(3)本发明的全钢载重子午胎胎面的低滚阻胎面胶料，各个方面的性能均表现比较优异，回弹性以及耐磨耗性能均表现良好，尤其滚阻性能上表现更加显著，这与本发明所采用的特定配方的复合材料的优异性是分不开的；
41.(4)本发明的低滚阻胎面胶料的制备方法本身操作步骤简单，操作步骤前后衔接紧密，操作条件温和，缩短了操作时间，节约操作成本，值得广泛推广进行应用。
具体实施方式
42.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
43.实施例1
44.低滚阻复合材料的制备方法按照如下步骤进行：
45.反应釜里面加入白炭黑60kg和硅烷偶联剂si-6940kg，设置反应釜转速10rpm，反应温度为20℃，反应1h，冷却后，排料后即得低滚阻复合材料。
46.实施例2
47.低滚阻复合材料的制备方法按照如下步骤进行：
48.反应釜里面加入白炭黑80kg和硅烷偶联剂si-6920kg，设置反应釜转速200rpm，反应温度为150℃，反应10h，冷却后，排料后即得低滚阻复合材料。
49.实施例3
50.低滚阻复合材料的制备方法按照如下步骤进行：
51.反应釜里面加入白炭黑75kg和硅烷偶联剂si-6925kg，设置反应釜转速100rpm，反应温度为100℃，反应5h，冷却后，排料后即得低滚阻复合材料。
52.实施例4
53.低滚阻复合材料的制备方法按照如下步骤进行：
54.反应釜里面加入白炭黑65kg和硅烷偶联剂si-6935kg，设置反应釜转速150rpm，反应温度为80℃，反应7h，冷却后，排料后即得低滚阻复合材料。
55.实施例5
56.低滚阻复合材料的制备方法按照如下步骤进行：
57.反应釜里面加入白炭黑90kg和硅烷偶联剂si-6910kg，设置反应釜转速150rpm，反应温度为80℃，反应7h，冷却后，排料后即得低滚阻复合材料。
58.实施例6-10、比较例1
59.全钢载重子午胎胎面的低滚阻胎面胶料的制备方法按照如下步骤进行：
60.母胶混炼：设置密炼机转速为50prm，在密炼机中加入天然橡胶，混炼55秒后加入氧化锌、硬脂酸、软化剂，混炼至115秒，加入炭黑、添加实施例1-5的低滚阻复合材料混炼至165秒，提栓，然后压栓至235秒后排料即得母胶；
61.终炼胶混炼：设置开炼机前辊转速20rpm，后辊转速10rpm，辊温为50℃，在开炼机中加入母胶、硫磺、促进剂、防老剂、防焦剂，薄通6次，打三角包6次，排胶即得胶料，具体配方按照如下表1进行。
62.表1胶料配方
63.[0064][0065]
实施例11
[0066]
具体配方与上述实施例9一致，只是具体制备方法按照如下步骤进行：
[0067]
母胶混炼：设置密炼机转速为100prm，在密炼机中加入天然橡胶，混炼55秒后加入氧化锌、硬脂酸、软化剂，混炼至115秒，加入炭黑、添加低滚阻复合材料混炼至165秒，提栓，然后压栓至235秒后排料即得母胶；
[0068]
终炼胶混炼：设置开炼机前辊转速30rpm，后辊转速20rpm，辊温为60℃，在开炼机中加入母胶、硫磺、促进剂、防老剂、防焦剂，薄通6次，打三角包6次，排胶即得胶料。
[0069]
实施例12
[0070]
具体配方与上述实施例9一致，只是具体制备方法按照如下步骤进行：
[0071]
母胶混炼：设置密炼机转速为65prm，在密炼机中加入天然橡胶，混炼55秒后加入氧化锌、硬脂酸、软化剂，混炼至115秒，加入炭黑、添加低滚阻复合材料混炼至165秒，提栓，然后压栓至235秒后排料即得母胶；
[0072]
终炼胶混炼：设置开炼机前辊转速22rpm，后辊转速18rpm，辊温为55℃，在开炼机中加入母胶、硫磺、促进剂、防老剂、防焦剂，薄通6次，打三角包6次，排胶即得胶料。
[0073]
实验例1
[0074]
应力松弛试验具体结果见如下表2。
[0075]
表2应力松弛
[0076][0077][0078]
从上表2中的数据可以看出，本发明的配方中使用低滚阻复合材料后，其应力松弛速度较比较例1的常规配方快，分析认为，低滚阻复合材料中硅烷偶联剂si-69对白炭黑的表面处理完成，减少了白炭黑的团聚，表现为门尼松弛快。
[0079]
实验例2
[0080]
通常认为橡胶的损耗因子tanδ越大，塑性越大，在挤出过程中变形较小，具有良好的加工性能。从表3可以看出，混炼胶使用低滚阻复合材料，tanδ较比较例1的混炼胶的大，
说明实施配方混炼胶的相对弹性要小，压出时的加工性能要较比较例1普通配方的混炼胶好，这个测试结果与前面应力松弛的结果一致。
[0081]
表3流变数据
[0082]
测试参数比较例1实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10tanδ@ml0.360.710.750.770.780.72
[0083]
实验例3
[0084]
将胶料在151℃下硫化30min，滞后损耗如表4所示，配方中使用低滚阻复合材料后，tanδ下降，滞后损失变小，说明了相比比较例1的普通配方中，直接加入硅烷偶联剂和白炭黑一起混炼，低滚阻复合材料中白炭黑在混炼前表面经过改性，硅烷的使用效率更充分，减少了白炭黑的团聚作用。而比较例1的普通配方中部分硅烷由于炭黑的快加入，覆盖了硅烷表面，导致部分硅烷不能与白炭黑反应。
[0085]
表4 rpa温度扫描数据
[0086]
测试参数比较例1实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10tanδ@60℃0.1120.0660.0670.0680.0690.066g'1765.81579.321578.131576.271577.311580.34
[0087]
实验例4
[0088]
各配方的物理性能如表5所示。配方中使用低滚阻复合材料，定伸应力和硬度稍微降低；伸长率和拉伸强度撕裂升高；切割深度增加；生热降低，回弹变好，磨耗变好，硫化条件为：151℃下硫化30min。
[0089]
表5硫化胶的物理性能对比
[0090][0091][0092]
以上数据说明，比较例1由于将炭黑橡胶白炭黑和硅烷偶联剂一起投入密炼机混炼，大量的白炭黑被橡胶包裹，硅烷偶联剂被炭黑覆盖，混炼时使大量硅烷偶联剂无法与白炭黑充分接触，无法实现与白炭黑反应，硅烷偶联剂和橡胶之间的反应程度也会减弱，这种
混炼方法，造成大量的硅烷偶联剂浪费。在本发明的配方中，采用的低滚阻复合材料，为白炭黑表面经过改性后再与其他物料一起混炼，白炭黑的表面改性会更充分，所以后期的白炭黑的团聚也会相应减少，相应的性能也比较优异。
[0093]
实验例5
[0094]
该实验例中将轮胎11r22.5 16pr gl 283a胎面的配方替换为低滚阻复合材料，各轮胎的滚阻性能如表6所示。
[0095]
表6滚阻性能数据
[0096]
测试参数比较例1实施例6实施例7实施例8实施例9实施例10滚动阻力系数5.412554.542544.537904.537404.537304.55100
[0097]
以上数据说明，本发明配方中使用了低滚阻复合材料，在成品胎上的滚动阻力测试优于比较例1的现有配方。
[0098]
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

技术特征：
1.一种包含低滚阻复合材料的低滚阻胎面胶料，其特征在于，所述低滚阻复合材料由白炭黑和硅烷偶联剂组成：所述低滚阻复合材料中，硅烷偶联剂的质量百分比为25-35wt％，其余为白炭黑；所述的低滚阻胎面胶料的制备方法，包括如下步骤：将天然橡胶与氧化锌、硬脂酸、软化剂，炭黑、所述低滚阻复合材料混炼后得到母胶，添加硫磺、促进剂、防老剂、防焦剂开炼后，得到低滚阻胎面胶料。2.根据权利要求1所述的低滚阻胎面胶料，其特征在于，所述硅烷偶联剂的型号为硅烷偶联剂si-69。3.根据权利要求1或2所述的低滚阻胎面胶料，其特征在于，所述低滚阻复合材料包括如下步骤：白炭黑和硅烷偶联剂搅拌反应1-10h后，即可。4.根据权利要求3所述的低滚阻胎面胶料，其特征在于，所述反应温度为20-150℃之间。5.根据权利要求3所述的低滚阻胎面胶料，其特征在于，所述搅拌的转速在10-200rpm之间。6.权利要求1所述的低滚阻胎面胶料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将天然橡胶与氧化锌、硬脂酸、软化剂，炭黑、所述低滚阻复合材料混炼后得到母胶，添加硫磺、促进剂、防老剂、防焦剂开炼后，即可。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述混炼在密炼机中进行，密炼机的转速控制在50-100rpm之间。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述开炼在开炼机中进行，开炼机的前辊转速控制在20-30rpm之间，后辊转速控制在10-20rpm之间，辊温为50-60℃之间。

技术总结
本发明提供了一种低滚阻复合材料及其制备方法，包含该复合材料的低滚阻胎面胶料及其制备方法，涉及轮胎加工领域，该低滚阻复合材料主要由白炭黑和硅烷偶联剂组成，制备方法包括：白炭黑和硅烷偶联剂搅拌反应1-10h后，即可。本发明的低滚阻复合材料通过将硅烷偶联剂与白炭黑复合，利用硅烷偶联剂对白炭黑的表面进行相应的处理后，减少了白炭黑的团聚，使得白炭黑的分散性更为优异，均一度提高，有利于提高后续其继续应用的相关性能。提高后续其继续应用的相关性能。


技术研发人员：王丹 吴晓宇 冉宇宁 佘腾龙 李代强 张小刚
受保护的技术使用者：贵州轮胎股份有限公司
技术研发日：2018.12.24
技术公布日：2023/7/21