一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及轮胎橡胶制品领域技术领域，特别涉及一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着环境友好经济越来越被关注和重视，新能源汽车替代燃油汽车是也已纳入推进日程，ev新能源车的广泛使用，续航是新能源车最重要的性能指标之一，轮胎的滚动阻力占车辆行驶阻力的20％左右，而且，轮胎滚动阻力降低7％，能耗降低1％，因此，主机厂不断给轮胎提出更低的滚动阻力指标要求，因为滚动阻力越低，能量损耗越少，这要求轮胎储存能量的能力越大，这样也就增大了轮胎出现掉块的风险；另外，新能源车重量较燃油汽车重15％左右，且驱动扭力大，加速度快，进一步加剧了掉块的风险，而在实际使用过程中，某些市场确实也有一定比例掉块的反馈。
3.现有技术中关于低滚阻轮胎的研究，主要采用化工助剂和高填充白炭黑或者采用先进的生胶和特种硅烷体系制备轮胎用材料来降低材料滚动阻力，虽然现有技术中的材料具备超低滚阻的特点，但是还存在苛刻工况下掉块的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物及其制备方法和应用，该抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物能实现超低滚阻，同时具有优异的抗掉块性能。
5.本发明第一方面提供了一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，以重量份数计，所述组合物的制备原料包括：
6.天然橡胶30～70份；
7.改性溶聚丁苯橡胶30～100份；
8.顺丁橡胶0～30份；
9.碳环功能性树脂1～4份；
10.二氧化硅40～65份；
11.硅烷偶联剂5～13份；
12.软化剂0～10份。
13.具体的，本发明采用改性溶聚丁苯橡胶与其他组分配合，使得改性溶聚丁苯橡胶与其它组分的末端进行耦合，减少末端振动破坏效应，从而降低分子末端及其与填料间的能量损耗；选用具有大位阻碳环结构的功能性树脂，经过串联密炼机低温恒温混炼，对胶料进行改性，提高轮胎的撞击储能和抗裂纹扩展能力，从而降低了轮胎抗掉块的风险。
14.具体的，本发明中硅烷偶联剂中的有效含量为50％，硅烷偶联剂为固体硅烷偶联剂，且是液体硅烷偶联剂与炭黑的结合物，其中硅烷与炭黑各占50％。
15.优选地，所述改性溶聚丁苯橡胶中乙烯基含量为30％～70％。
16.具体的，所述改性溶聚丁苯橡胶为通过乙烯基进行功能化改性的溶聚丁苯橡胶。
17.优选地，所述二氧化硅的比表面积为115～230m2/g。
18.优选地，所述顺丁橡胶为钕系顺丁胶和镍系顺丁胶中的一种或两种。
19.优选地，所述低滚阻橡胶组合物还包括促进剂、加硫剂和老防组分中的一种或多种。
20.优选地，所述加硫剂为硫磺；
21.所述促进剂由胍类促进剂、次磺酰胺类促进剂组成；
22.所述老防组分选自物理防护蜡、防老剂6ppd和防老剂rd中的一种或多种。
23.优选地，以重量份数计，所述组合物制备原料包括：
24.天然橡胶30～70份；
25.改性溶聚丁苯橡胶30～90份；
26.碳环功能性树脂1～4份；
27.二氧化硅40～65份；
28.硅烷偶联剂5～13份；
29.软化剂0～10份；
30.老防组分3～6份；
31.活性剂2～5份；
32.加硫剂1～1.5份；
33.促进剂1.5～3.5份。
34.本发明第二方面提供了一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
35.将天然橡胶、溶聚丁苯橡胶、碳环功能性树脂、顺丁橡胶、二氧化硅、硅烷和加工助剂在初始温度为60℃的条件下进行第一次混炼；
36.当第一次混炼温度达到150-155℃时，进行第二次混炼，所述第二次混炼温度140～145℃，所述第二次混炼时间100～200s；
37.之后进行第三次混炼，所述第三次混炼温度90～100℃，所述第三次时间600～700s，排胶，回收并冷却，得到抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物。
38.具体的，第一次混炼为在初始温度为60℃的密闭式串联密炼机的上密炼机中混炼，填充因子为65％-75％，当橡胶组合物混炼温度达到150-155℃时卸载排胶至密闭式下密炼机中进行第二次混炼；第二次混炼为恒温混炼，恒温温度140～145℃，恒温时间100～200s，恒温结束后；排胶至开炼机上继续进行第三次混炼，第三次混炼为低温混炼，期间加入硫化剂，混炼温度90～100℃，时间600～700s，排胶，回收并冷却后得到抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物。
39.具体的，本发明通过在串联密炼机的下密炼机的恒温混炼，一方面使胶料的硅烷化反应充分进行，另一方面克服使用改性溶聚丁苯橡胶带来的加工门尼高、排胶散、出片粗糙的问题。
40.本发明第三方面提供了一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物在制备轮胎中应用。
41.本发明第四方面提供了一种轮胎，以上述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物为轮胎胎面胶。
42.从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
43.本发明提供了一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，以重量份数计，制备原料包括：天然橡胶30～70份；改性溶聚丁苯橡胶30～100份；顺丁橡胶0～30份；碳环功能性树脂1～3份；二氧化硅40～65份；硅烷偶联剂5～13份；软化剂0～10份。本方案选用改性溶聚丁苯橡胶和碳环功能性树脂，并调节各组分比例，实现了抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物的低滚阻抗掉块的综合性能，应用于轮胎中使得轮胎在保持超低滚阻、耐磨和制动性能，同时显著提升了轮胎的抗掉块性能。
具体实施方式
44.本发明提供了一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，该组合物具有优异的抗掉块性能和超低滚阻性能。
45.下面将对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
47.其中，碳环功能性树脂1购于江苏锐巴新材料科技有限公司，型号为rt102，碳环功能性树脂2购于华实橡塑科技有限公司，型号为fc-260；改性溶聚丁苯胶购于日本jsr有限公司，型号为ssbr850。
48.实施例1～5
49.实施例1～5为未添加顺丁橡胶所制备的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，制备原料配比如表1所示，制备步骤如下：
50.按照表1中各组分的用量，采用混炼工艺制备橡胶组合物：将天然橡胶、改性溶聚丁苯橡胶、二氧化硅、硅烷、防老剂、活性剂、加工助剂连续加入到初始温度为60℃的密闭式串联密炼机的上密炼机中混炼，填充因子为65％-75％，当橡胶组合物混炼温度达到150-155℃时卸载排胶至密闭式下密炼机中进行恒温混炼，恒温温度140～145℃，恒温时间100～200s，恒温结束后，排胶至开炼机上继续进行低温混炼，期间加入硫化剂，混炼温度90～100℃，时间600～700s，排胶，回收并冷却，获得抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物。
51.实施例6～8
52.实施例6～8为添加了不同比例的顺丁橡胶所制备的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，制备原料配比如表1所示，制备步骤如下：
53.按照表1中各组分的用量，采用混炼工艺制备橡胶组合物：将天然橡胶、改性溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、二氧化硅、硅烷、防老剂、活性剂、加工助剂连续加入到初始温度为60℃的密闭式串联密炼机的上密炼机中混炼，填充因子为65％-75％，当橡胶组合物混炼温度达到150-155℃时卸载排胶至密闭式下密炼机中进行恒温混炼，恒温温度140～145℃，恒温时间100～200s，恒温结束后，排胶至开炼机上继续进行低温混炼，期间加入硫化剂，混炼温度90～100℃，时间600～700s，排胶，回收并冷却，获得抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物。
54.表1.实施方案1～8的制备原料配比(按质量份数计)
[0055][0056]
实施例9～11
[0057]
实施例9～11为未添加天然橡胶所制备的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，制备原料配比如表2所示，制备步骤如下：
[0058]
按照表2中各组分的用量，采用混炼工艺制备橡胶组合物：将改性溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、二氧化硅、硅烷、防老剂、活性剂、加工助剂连续加入到初始温度为60℃的密闭式串联密炼机的上密炼机中混炼，填充因子为65％-75％，当橡胶组合物混炼温度达到150-155℃时卸载排胶至密闭式下密炼机中进行恒温混炼，恒温温度140～145℃，恒温时间100～200s，恒温结束后，排胶至开炼机上继续进行低温混炼，期间加入硫化剂，混炼温度90～100℃，时间600～700s，排胶，回收并冷却，获得抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物。
[0059]
实施例12～14
[0060]
实施例12～14为添加了不同比例的碳环功能树脂1所制备的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，制备原料配比如表2所示，制备步骤如下：
[0061]
按照表2中各组分的用量，采用混炼工艺制备橡胶组合物：将溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、碳环功能树脂1、二氧化硅、硅烷、防老剂、活性剂、加工助剂连续加入到初始温度为60℃的密闭式串联密炼机的上密炼机中混炼，填充因子为65％-75％，当橡胶组合物混炼温度达到150-155℃时卸载排胶至密闭式下密炼机中进行恒温混炼，恒温温度140～145℃，恒温时间100～200s，恒温结束后，排胶至开炼机上继续进行低温混炼，期间加入硫化剂，混炼温度90～100℃，时间600～700s，排胶，回收并冷却，获得抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物。
[0062]
实施例15～17
[0063]
实施例15～17为添加了不同比例的碳环功能树脂2所制备的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，制备原料配比如表2所示，制备步骤如下：
[0064]
按照表2中各组分的用量，采用混炼工艺制备橡胶组合物：将改性溶聚丁苯橡胶、顺丁橡胶、碳环功能树脂2、二氧化硅、硅烷、防老剂、活性剂、加工助剂连续加入到初始温度
为60℃的密闭式串联密炼机的上密炼机中混炼，填充因子为65％-75％，当橡胶组合物混炼温度达到150-155℃时卸载排胶至密闭式下密炼机中进行恒温混炼，恒温温度140～145℃，恒温时间100～200s，恒温结束后，排胶至开炼机上继续进行低温混炼，期间加入硫化剂，混炼温度90～100℃，时间600～700s，排胶，回收并冷却，获得抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物。
[0065]
表2.实施方案9-16的制备原料配比(按质量份数计)
[0066][0067][0068]
试验例
[0069]
本试验例提供了实施例1～17所制备抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物的低滚阻性能、抗掉块性能、磨耗性能、抗湿滑性能和抗张积的检测。其中，低滚阻性能采用dma仪器进行测试，一般以60℃损耗因子进行表征；抗掉块性能采用动态耐切割仪器进行测试，以动态切割体积进行表征；抗湿滑性能采用bpst仪器测试；抗张积为拉断伸长率与拉伸强度的乘积，一定程度上可以表征抗掉块能力，以上测试均是采用企业标准；磨耗性能采用阿克隆磨耗试验机进行测试，以磨耗量、磨耗指数进行表征，采用gb/t 1689－2014。具体测试结构如表3所示。
[0070]
表3：实施方案1～16材料的性能测试结果
[0071][0072][0073]
备注：表3中的数据没有单位，是一个相对值，是以实施例3的样品为基准进行换算得出。
[0074]
根据表3的检测结果可知，以实施例3的样品为基准进行换算，实施例1～2、4～5和实施例3同样未添加顺丁橡胶、碳环功能树脂，所制得的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物随着溶聚丁苯橡胶的占比越高，低滚阻性能、磨耗性能和抗湿滑性能均略有提升，抗掉块性能几乎没有改变，抗张积性能逐渐降低。
[0075]
实施例6～8中添加了不同比例的顺丁橡胶、同样未添加碳环功能树脂，所制得的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物随着顺丁橡胶的添加量越高，低滚阻性能、抗掉块性能、抗湿滑性能、抗张积性能均有不同的降低，磨耗性能则略有提升。
[0076]
实施例9～11中未添加顺丁橡胶、碳环功能树脂，所制得的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物随着溶聚丁苯橡胶的用量增加，抗掉块性能、抗湿滑性能、抗张积均略有提升，但是均不如实施例3所制备的橡胶组合物的性能，低滚阻性能和磨耗性能均有不同的降低。
[0077]
实施例12～17中添加了不同比例的碳环功能树脂，所制得的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物随着抗掉块性能和抗张积性能均有显著的提升，且磨耗性能、抗湿滑性能也略有
提升，其中，低滚阻性能虽略有下降，但依旧能保持较好的性能，这说明本技术通过添加碳环功能树脂，并调节各组分用量显著提升了抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物的抗掉块性能，同时保持较优异的超低滚阻性能。
[0078]
综上，本发明通过选用合适的改性溶聚丁苯橡胶(fssbr)等生胶，并优化其配比，以及选用具有大位阻碳环结构的功能性树脂，经过串联密炼机低温恒温混炼，对胶料进行改性，胎面胶和轮胎满足超低滚阻的要求，且轮胎的抗掉块性能提升20％，成本相当，经特定市场实际使用和试验场强化路试确认，轮胎均未发现掉块问题，且胎面磨面更平整光滑，还解决了第一代技术存在的混炼散胶和压出粗糙的工艺问题。
[0079]
以上对本发明所提供的一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物及其制备方法和应用进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，以重量份数计，制备原料包括：天然橡胶30～70份；改性溶聚丁苯橡胶30～100份；顺丁橡胶0～30份；碳环功能性树脂1～4份；二氧化硅40～65份；硅烷偶联剂5～13份；软化剂0～10份。2.根据权利要求1所述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，所述改性溶聚丁苯橡胶中乙烯基含量为30％～70％。3.根据权利要求1所述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，所述二氧化硅的比表面积为115～230m2/g。4.根据权利要求1所述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，所述顺丁橡胶为钕系顺丁胶和镍系顺丁胶中的一种或两种。5.根据权利要求1所述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，所述低滚阻橡胶组合物还包括促进剂、加硫剂和老防组分中的一种或多种。6.根据权利要求5所述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，所述加硫剂为硫磺；所述促进剂由胍类促进剂、次磺酰胺类促进剂组成；所述老防组分选自物理防护蜡、防老剂6ppd和防老剂rd中的一种或多种。7.根据权利要求6所述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，其特征在于，以重量份数计，所述组合物包括：天然橡胶30～70份；改性溶聚丁苯橡胶30～90份；碳环功能性树脂1～4份；二氧化硅40～65份；硅烷偶联剂5～13份；软化剂0～10份；老防组分3～6份；活性剂2～5份；加硫剂1～1.5份；促进剂1.5～3.5份。8.一种权利要求1～7任意一项所述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将天然橡胶、溶聚丁苯橡胶、碳环功能性树脂、顺丁橡胶、二氧化硅、硅烷和加工助剂在初始温度为60℃的条件下进行第一次混炼；当所述第一次混炼温度达到150-155℃时，进行第二次混炼，所述第二次混炼温度140～145℃，所述第二次混炼时间100～200s；之后进行第三次混炼，所述第三次混炼温度90～100℃，所述第三次时间600～700s，排
胶，回收并冷却，得到抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物。9.权利要求1～7任意一项所述的抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物在制备轮胎中应用。10.一种轮胎，其特征在于，以权利要求1～7任意一项所述的低滚阻橡胶组合物的为轮胎胎面胶。

技术总结
本发明涉及轮胎橡胶制品领域技术领域，特别涉及一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物及其制备方法和应用。本发明实施例公开了一种抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物，以重量份数计，制备原料包括：天然橡胶30～70份，改性溶聚丁苯橡胶30～100份，顺丁橡胶0～30份，碳环功能性树脂1～4份，二氧化硅40～65份，硅烷偶联剂5～13份，软化剂0～10份；本方案选用改性溶聚丁苯橡胶和碳环功能性树脂，并调节各组分比例，实现了抗掉块低滚阻胎面橡胶组合物的低滚阻抗掉块的综合性能，应用于轮胎中使得轮胎在保持超低滚阻、耐磨和制动性能，同时显著提升了轮胎的抗掉块性能。的抗掉块性能。


技术研发人员：王志远
受保护的技术使用者：万力轮胎股份有限公司
技术研发日：2023.04.14
技术公布日：2023/7/22