一种耐刺扎自修复轮胎内衬层橡胶及其制备方法与流程

本发明涉及轮胎制造，具体涉及一种耐刺扎自修复轮胎内衬层橡胶及其制备方法。

背景技术：

1、轮胎内衬层位于胎体帘布层内侧，主要承担保持内压、防止气体泄漏的功能，现有技术普遍采用气密性优异的丁基橡胶作为主体材料。随着汽车工业发展，轮胎的安全性和耐久性要求日益提高，尤其在遭遇尖锐物体刺穿后仍能维持行驶能力的自修复功能，已成为行业研究热点。

2、中国专利cn114058293a公开了一种自修复轮胎密封胶及其制备方法，采用丁基橡胶、共轭二烯类橡胶、补强填充剂、液体烯烃类化合物、树脂和硫化剂等组分，经密炼机预混后，再通过挤出机将液体烯烃和硫化剂加入混合制得密封胶，并涂布于轮胎内表面实现刺穿自修复。该方案存在三方面不足：一是液体烯烃类化合物在挤出机中一次性加入，与固体橡胶因粘度差异大、相容性有限，易出现分散不均或局部富集，导致自修复性能不稳定；二是密封胶以独立涂层形式附着于内衬层表面，与基体结合力有限，长期使用及高温高速工况下存在剥离、流动风险，影响轮胎平衡性和自修复持久性；三是硫化剂按常规方式加入，缺乏对硫化剂与其他组分协同释放的控制，交联网络均匀性有待改善。

3、中国专利cn120310149a公开了一种内衬层橡胶组合物，包含过渡层和气密层橡胶，并添加金属粉末（例如铁粉）以提升导热率和气密性，采用密炼机分段混炼。该技术主要关注导热与气密性能，未涉及自修复功能；金属粉末单独加入，未与硫化体系形成有效协同，且其催化作用未能配合硫化促进剂发挥作用；同时，常规高温硫化工艺导致交联网络形成速率与液体组分稳定性之间存在矛盾。

4、综上，现有技术或采用表面涂层方式附加自修复功能，存在结合力不足与流动隐患；或仅优化导热、气密性而未赋予自修复能力，始终缺乏一种将自修复功能与内衬层本体有机融合、并通过精细化工艺实现组分梯度分布和交联网络均匀控制的系统性方案。

5、本发明提供了一种耐刺扎自修复轮胎内衬层橡胶的制备方法，通过将自修复功能与内衬层本体一体化、通过精细化工艺设计实现自修复组分梯度分布和交联网络均匀控制，以期克服上述现有技术中液体组分分散不均、涂层结合力差及交联均匀性不足等问题，提升内衬层的自修复稳定性、耐久性与整体性能。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种耐刺扎自修复轮胎内衬层橡胶及其制备方法，以解决现有技术中存在的不足。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、根据本发明的第一方面，提供了一种耐刺扎自修复轮胎内衬层橡胶的制备方法，包括以下步骤：

4、s1、将丁基橡胶与共轭二烯类橡胶混合后，塑炼2-4min，加入补强填充剂、树脂和均匀剂，于100-130℃下混炼5-8min，排胶，得母炼胶；

5、s2、将步骤s1所得母炼胶降温至40-60℃，加入液体烯烃类化合物总用量的30%-50%，保温搅拌20-40min；将体系升温至80-100℃，加入剩余液体烯烃类化合物，继续混炼10-20min，得预分散胶料；

6、s3、向步骤s2所得预分散胶料中加入硫化剂和复合硫化包，于60-80℃下混炼3-5min，得二段混炼胶；

7、s4、将步骤s3所得二段混炼料于温度20-30℃、相对湿度40%-60%下，静置养护8-24h；最后，于压力0.5-2mpa、温度70-90℃下硫化60-120min，得耐刺扎自修复轮胎内衬层橡胶。

8、进一步地，步骤s3中所述复合硫化包由金属氧化物粉末与硫化促进剂以质量比为（2-10）∶（1-5）的比例在常温下机械混合5-10min制得。

9、进一步地，所述耐刺扎自修复轮胎内衬层橡胶由以下重量份原料组成：

10、丁基橡胶 80-100份；

11、共轭二烯类橡胶 0-20份；

12、液体烯烃类化合物 50-500份；

13、复合硫化包 3-15份；

14、硫化剂 1-15份；

15、树脂 0-50份；

16、补强填充剂 5-70份；

17、均匀剂 2-8份。

18、进一步地，所述液体烯烃类化合物选自聚异丁烯、聚异戊二烯或聚丁二烯中的一种或多种。

19、进一步地，所述液体烯烃类化合物的数均分子量为500-5000g/mol。

20、进一步地，所述金属氧化物粉末选自氧化锌、氧化镁或氧化钙中的一种或多种；所述硫化促进剂选自秋兰姆类促进剂（例如促进剂tmtd）、噻唑类促进剂（例如促进剂dm）或次磺酰胺类促进剂（例如促进剂cbs）中的一种或多种。

21、进一步地，所述金属氧化物粉末的粒径d50为0.5-5μm。

22、进一步地，所述金属氧化物粉末为氧化锌；所述硫化促进剂为次磺酰胺类促进剂（例如促进剂cbs）。

23、进一步地，所述共轭二烯类橡胶选自天然橡胶、顺丁橡胶、聚异戊二烯橡胶或丁苯橡胶中的一种或多种；所述硫化剂为硫磺（例如不溶性硫磺hd ot20）；所述树脂选自c5树脂、c9树脂、c5/c9树脂、松香树脂、萜烯树脂、dcpd树脂、酚醛树脂或古马隆-茚树脂中的一种或多种；所述补强填充剂选自炭黑或白炭黑中的一种或多种；所述均匀剂选自芳香烃树脂混合物（例如struktol® 40 ms flakes）、脂肪烃树脂混合物（例如struktol® 60 nsflakes）或芳香烃-脂肪烃共混树脂（例如均匀剂h40msf）中的一种或多种。

24、进一步地，所述共轭二烯类橡胶为天然橡胶；所述树脂为c5树脂；所述补强填充剂为炭黑和白炭黑；所述均匀剂为芳香烃树脂混合物（例如struktol® 40 ms flakes）。

25、根据本发明的第二方面，提供了所述制备方法制得的耐刺扎自修复轮胎内衬层橡胶在轮胎生产中的应用。

26、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

27、（1）自修复功能与内衬层本体一体化

28、本发明将液体烯烃自修复组分直接融入内衬层橡胶基体中，而非以独立涂层形式附加于表面。其作用机理在于：液体烯烃通过分步吸附溶胀处理，在橡胶网络中形成梯度分布，与橡胶基体之间形成连续过渡的界面层。该结构消除了涂层与基体之间的物理界面，避免了长期使用中因温度变化和离心力作用引发的界面剥离和涂层整体流动。流动性指数测试表明，本发明实施例的抗流动能力高于对比例1（差值为15-50），体现了一体化结构在高温高速工况下的形态稳定性。

29、（2）液体烯烃梯度分布结构

30、本发明通过低温吸附、高温分散的分步处理工艺，使液体烯烃在橡胶基体中形成表层富集、内部适中的梯度分布。其形成机制在于：低温阶段（40-60℃）液体烯烃粘度较高，倾向于滞留在橡胶表层区域，实现表层富集；高温阶段（80-100℃）液体烯烃粘度降低、分子运动能力增强，逐步向内部扩散，形成由表及里的浓度梯度。表层富集的液体组分在刺穿发生时能够迁移至损伤部位，实现封堵（保气率为91%-98%）；内部分散均匀的液体组分为长期自修复功能提供储备（热老化后液体保持率为88%-95%）。该梯度结构兼顾了自修复的响应速度与功能持久性。

31、（3）金属氧化物-促进剂复合硫化包

32、本发明将金属氧化物粉末与硫化促进剂预先复合，形成载体-活性组分结构的复合硫化包。其控释机制在于：金属氧化物对促进剂分子产生物理吸附，使促进剂在混炼初期被固定于氧化物表面，而非完全自由分散于胶料中；随着混炼和硫化过程中温度升高和剪切作用持续，促进剂逐步从氧化物表面解吸释放，实现硫化活性的时序供给。该机制使交联反应平缓进行，交联密度相对值相对提升15%-35%，交联网络均匀性提高，力学性能与结构稳定性同步改善。

33、（4）静置养护与加压低温长时间硫化

34、本发明采用硫化前静置养护步骤，并采用加压低温长时间硫化工艺。其协同机制在于：养护阶段（20-30℃，8-24h）为混炼过程中引入的内应力提供松弛时间，同时液体组分在浓度梯度驱动下继续扩散迁移，使梯度分布结构趋于稳定；低温硫化（70-90℃）使交联反应速率降低，硫化网络逐步构建，减少了高温条件下交联反应过快导致的局部网络缺陷和液体烯烃的挥发损失；加压条件（0.5-2mpa）抑制了硫化过程中挥发分的汽化膨胀，减少制品内部气泡和孔隙，提高致密性。该工艺组合在保证充分交联的同时，液体保持率较传统高温工艺（对比例1）相对提升13%-22%。

35、（5）工艺适应性强与经济性

36、本发明在现有自修复密封胶配方体系基础上进行工艺调整，所用液体烯烃、金属氧化物和促进剂均为橡胶加工领域市售产品。制备工艺可在现有密炼机和硫化设备上实现，无需添置专用涂布设备或进行生产线改造，综合生产成本可控。本发明为轮胎内衬层自修复功能的一体化制备提供了可推广的技术方案。