一种耐屈挠轮胎胎侧配方的制作方法

：
1.本发明属于复合材料技术领域，涉及一种耐屈挠轮胎胎侧配方，添加有硅灰石，能够提高胶料的耐屈挠性能，环保节能。


背景技术：

2.轮胎是汽车最重要的组成部件之一，是现代汽车行业中极其重要的一部分，轮胎各部件均有特定的性能指标，其中，轮胎的胎侧部位在轮胎行驶过程中承受反复的弯曲变形，还承受环境温度、氧气、臭氧和紫外线的破坏，是高屈挠变形器件，基于此，胎侧部位对耐屈挠性能的要求比较高。
3.橡胶的耐屈挠疲劳破坏是指橡胶在承受小于其疲劳破环强度的周期性机械力时，在材料表面或内部产生初始的微观损伤，并逐渐发展为宏观裂纹直至材料断裂失效，进而使橡胶制品丧失使用功能的现象。橡胶的耐屈挠疲劳破坏是一个非常复杂的动态发展过程，是机械力化学作用、环境条件以及橡胶配方体系中橡胶种类、无机填料等因素综合作用的结果。所以，在设计对耐屈挠性要求较高地胎侧胶时，确定优化配方体系非常重要。
4.橡胶的种类是制约橡胶制品的动态疲劳性能的重要因素之一，不同种类橡胶的耐屈挠疲劳性能具有较大的差异，目前通常使用两种或多种橡胶进行共混来使复合材料获得比较优异的耐屈挠疲劳性能。天然橡胶具有较优异的回弹性、可塑性、绝缘性和耐寒耐酸碱等性能，在往复循环的压缩、拉伸运动中也具有优异的耐屈挠龟裂扩展性能。顺丁橡胶规整的分子链构型使其具有优异的耐屈挠龟裂引发性能，并凭借优异的弹性、耐磨性和低生热等性能被广泛地应用于轮胎制造行业。所以，将天然橡胶与顺丁橡胶并用用于胎侧胶中对耐屈挠性能的提升有积极影响。
5.补强体系是影响炭黑橡胶制品的动态疲劳性能的重要因素之一。炭黑是橡胶工业常用的补强剂，炭黑填充橡胶可以提高复合材料的模量、耐磨性和补强性能等，但是在纯炭黑的填料体系中由于填料之间地相互作用能较高，填料网络结构强，使得胶料在屈挠疲劳破坏的过程中产生的内耗增加，分子链之间的相互作用较强，胶料刚性增大，在承受周期性机械力作用时分子链的运动比较困难，分散和传递应力的能力降低，使复合材料的耐屈挠疲劳性能下降很快，同时，在生产炭黑的过程中，难以避免的粉尘飞扬会造成严重的粉尘污染，对环境保护不利。
6.硅灰石是一种天然工业矿物，分子式为casio3，颜色一般呈白色，具有良好的热稳定性、耐酸碱性、耐化学腐蚀性、绝缘性等性能，储量丰富，环保无毒，可以用作橡胶复合材料的填料和补强剂，同时，炭黑与硅灰石属于两种表面性质不同的填料，炭黑与硅灰石之间的相互作用能较低，两者填料网络相对较弱，硅灰石的加入可以降低橡胶疲劳过程中填料网络打破产生的内耗，改善胶料的耐疲劳寿命。因此，基于硅灰石，研发一种环保耐屈挠轮胎胎侧配方，改善胶料的耐屈挠性能，具有良好的应用前景。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，研发设计一种耐屈挠轮胎胎侧配方，提高轮胎在实际应用中的耐屈挠性能，延长橡胶制品的疲劳寿命。
8.为了实现上述目的，本发明涉及的耐屈挠轮胎胎侧配方，按重量份计，包括以下组分：天然橡胶50
‑
100份，顺丁橡胶0
‑
50份，硅灰石5
‑
100份，炭黑0
‑
100份，硬脂酸1
‑
5份，氧化锌1
‑
5份，防老剂1
‑
6份，微晶蜡1
‑
3份，增粘树脂1
‑
3份，促进剂1
‑
4份，硫磺1
‑
3份。
9.本发明涉及的天然橡胶包括标准胶、烟片胶、绉片胶和风干胶；硅灰石的长径比为5
‑
20：1，白度为50
‑
90，中值粒径d50为1
‑
20μm，结构包括针状、纤维状和束状；炭黑为n115、n234、n330、n326中的一种或几种的组合；硬脂酸为十八烷酸；防老剂为防老剂4020、防老剂4010、防老剂4010na、防老剂rd中的一种或几种的组合；微晶蜡为碳原子数为18
‑
30的烃类混合物；促进剂为dpg、cz、tmtd和dm中的一种或几种的组合。
10.本发明与现有技术相比，制备的复合材料的硫化制品具有较好的弹性，在承受周期性机械力作用的破坏时，屈挠疲劳裂口的扩展速度相对缓慢，使得复合材料的屈挠疲劳裂口扩展性能得到改善，胶料的耐屈挠性能提升，同时，混炼胶的payne效应减弱，因为炭黑与硅灰石共同构建的填料网络结构相对较弱，在受到周期性机械力作用时容易打破和重建，分子链能够更快地适应外力作用，降低橡胶疲劳过程中填料网络打破产生的内耗；其原料中的硅灰石是天然的工业矿物，储量丰富，环保无毒，相对于橡胶工业中常用的炭黑和白炭黑，价格也更加低廉，可进一步降低生产成本，提高社会经济效益，制备的硫化制品能够使橡胶的形变更好地同步于周期性机械力的变化，保证胶料良好的耐屈挠性能，延长橡胶制品的疲劳寿命。
具体实施方式：
11.下面通过实施例对本发明作进一步说明。
12.实施例1：
13.本实施例涉及的耐屈挠轮胎胎侧配方，按重量份计，包括以下组分：天然橡胶str2050份，顺丁橡胶br900050份，硅灰石5份，炭黑49份，硬脂酸2份，氧化锌3份，防老剂40205份，防老剂rd 0.5份，微晶蜡1.8份，c5树脂2份，促进剂ns 0.9份，硫磺ot202.8份。
14.实施例2：
15.本实施例涉及的环保耐屈挠轮胎胎侧配方，按重量份计，包括以下组分：天然橡胶str2050份，顺丁橡胶br900050份，硅灰石10份，炭黑44份，硬脂酸2份，氧化锌3份，防老剂40205份，防老剂rd 0.5份，微晶蜡1.8份，c5树脂2份，促进剂ns 0.9份，硫磺ot202.8份。
16.实施例3：
17.本实施例涉及的环保耐屈挠轮胎胎侧配方，按重量份计，包括以下组分：天然橡胶str2050份，顺丁橡胶br900050份，硅灰石15份，炭黑39份，硬脂酸2份，氧化锌3份，防老剂40205份，防老剂rd 0.5份，微晶蜡1.8份，c5树脂2份，促进剂ns 0.9份，硫磺ot202.8份。
18.实施例4：
19.本实施例涉及耐屈挠轮胎胎侧配方制备的复合材料的性能测试，
20.首先将实施例1、2和3涉及的耐屈挠轮胎胎侧配方制备成复合材料，制备复合材料的具体工艺过程如下：
21.混炼：将天然橡胶str20和顺丁橡胶br9000投入密炼机中，落下上顶栓，40秒后，打开上顶栓，加入氧化锌、硬脂酸、防老剂4020、防老剂rd、微晶蜡和c5树脂，落下上顶栓；30秒后，打开上顶栓，加入2/3的炭黑，落下上顶栓；30秒后，打开上顶栓，加入硅灰石和剩余的炭黑，落下上顶栓，之后每隔一分钟提栓清扫漏胶，混炼时间为5分钟，排胶温度为145度，排出母胶，将母胶经开炼机下片冷却；
22.终炼：将母胶经过开炼机薄通，胶料包辊后，加入促进剂ns和硫磺ot20，左右割刀两次，吃料完毕后，打卷与打三角包交替进行，各四次，下片；
23.硫化：通过无转子硫化仪测得胶料的硫化特性，设定硫化温度为150℃，硫化压力为11mpa，硫化时间为1.3
×
t90。
24.然后将实施例1配方中的硅灰石全部替换为炭黑作为对比例1的配方：天然橡胶str2050份，顺丁橡胶br900050份，炭黑54份，硬脂酸2份，氧化锌3份，防老剂40205份，防老剂rd 0.5份，微晶蜡1.8份，c5树脂2份，促进剂ns 0.9份，硫磺ot202.8份，按照上述工艺制备成复合材料。
25.最后进行测试，复合材料的测试结果如下表所示：
[0026][0027][0028]
从表中可以看出：实施例1、2和3的门尼黏度较对比例1的门尼黏度有所下降；实施例1、2和3的t10大于对比例1，表明硅灰石的加入，提高了胶料的加工安全性；实施例1、2和3的硬度和定伸应力较对比例1的略有下降，断裂伸长率和抗张积系数略有提升、拉伸强度处于同一水平；实施例1、2和3的回弹率较对比例1有所提升，其中，实施例3的回弹率较对比例1的提升了11.3％；实施例1、2和3的δg’均小于对比例1的，表明实施例1、2和3中的填料网络结构较弱，填料在橡胶基体中的分散情况更好。
[0029]
实施例5：
[0030]
本实施例涉及耐屈挠轮胎胎侧配方制备的复合材料的耐屈挠性能测试，用割口工具分别在实施例1、2和3以及对比例1制备的复合材料的耐屈挠测试试样上进行穿刺，使长
度为2.5mm的割口位于试样的正中心位置，置于德墨西亚型耐屈挠试验机进行测试，对同等疲劳次数下每组试样的表面裂口长度进行测量，得到的耐屈挠裂口扩展性能如下表所示：
[0031]
疲劳次数
×
103/龟裂长度/mm对比例1实施例1实施例2实施例3365.555.56987.5891110.59.591212.51211111514131211.5181614.513.513
[0032]
从表中可以看出：疲劳次数在3000
‑
12000次之间时，屈挠疲劳裂口长度的增长量在1.5
‑
3mm之间，受周期性机械力的破坏作用和氧化反应对材料的破坏显著，屈挠疲劳裂口长度扩展迅速；疲劳次数在12000
‑
18000次之间时，屈挠疲劳裂口长度的增长量在0.5
‑
1.5mm之间，由于裂口长度较大，周期性机械力对屈挠疲劳裂口变形的破坏作用降低，裂口扩展速度相对缓慢。
[0033]
具体地，在同一疲劳次数下，实施例1、2和3的裂口长度均小于对比例1的屈挠疲劳裂口长度，并且在相同间隔的疲劳次数下，实施例1、2和3的屈挠疲劳裂口长度的增长量均小于对比例1的屈挠疲劳裂口长度的增长量，其中，实施例3的耐屈挠性能最佳，表明：硅灰石的加入，对屈挠疲劳裂口的发展过程有阻挡效应，随着payne效应的减弱、断裂伸长率和回弹率的提高，填料分散性提高和橡胶的弹性的提升，能够使橡胶的形变更同步于周期性机械力的变化，使得复合材料的耐屈挠疲劳裂口扩展性能得到改善，胶料的耐屈挠性能得到提升，胶料的疲劳寿命得到增加。