一种轮胎自修复密封胶及其制备方法与流程

1.本发明属于轮胎技术领域，具体涉及一种轮胎自修复密封胶及其制备方法。


背景技术：

2.汽车在行驶过程中发生的安全事故中有43％都是由爆胎造成的，尤其当时速超过120km/h时，事故致死率达到100％。为了应对这一安全问题，最先开发出了结构加强式防爆轮胎，通过加强侧壁，或在轮胎内部添加支撑结构使得在发生泄气甚至爆胎时依然可以保证一定里程的安全行驶。轮胎自修复密封胶是另外一种防爆胎的实现途径，通过在轮胎内壁涂抹一层自修复密封胶，可以在轮胎被异物刺穿时避免发生泄气跑气等问题，并且在拔出异物后修复破口。
3.现有的自修复密封胶加工方法通常都是将所有原料按顺序一次加入捏合机中，加热搅拌得到样品(如中国专利cn106080051a)，但这种加工方法得到的物料组成与投料会存在偏差，且加工耗时长，通常在8h以上，加热时间过长，导致物料严重老化，影响产品性能，同时使用捏合机不能严格密封，会导致发生漏料等问题。


技术实现要素：

4.为解决目前制备轮胎自修复密封胶所需时间过长，造成部分物料浪费这一问题，本发明提出了一种轮胎自修复密封胶，以及该轮胎自修复密封胶的快速加工方法，可以将轮胎自修复密封胶的加工时间缩短40％以上，并且物料混合均匀、易于调控、不会发生漏料等问题，同时对自修复密封胶进行微硫化，提高了产品性能。
5.本发明的目的之一在于提供一种轮胎自修复密封胶，包含有共混的基体材料、增粘剂、填料、防老剂和软化剂，
6.其中，基体材料为弹性体材料，选自高分子量聚异丁烯、异戊橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、sis热塑性弹性体、sbs热塑性弹性体、sebs热塑性弹性体中的至少一种，优选选自高分子量聚异丁烯、丁基橡胶中的至少一种；增粘剂选自松香树脂、氢化松香树脂、c5树脂、氢化c5树脂、萜烯树脂、古马隆树脂、硬脂酸锌、非晶态α-烯烃共聚物、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种，优选选自c5树脂、季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种；填料为无机化合物，选自氧化锌、炭黑、白炭黑、轻质碳酸钙中的至少一种，优选选自炭黑、氧化锌中的至少一种，更优选选自氧化锌，尤其选自纳米氧化锌。
7.上述密封胶中，还加入防老剂，防老剂选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、2,6-二叔丁基对甲酚、n,n'-二(β-萘基)对苯二胺、n-苯基-n'-环己基对苯二胺中的至少一种，优选选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；还可以加入软化剂，软化剂选自液体丁基橡胶、液体异戊橡胶、再生丁基橡胶、中低分子量聚异丁烯、甘油、环烷油中的至少一种，优选选自中低分子量聚异丁烯。
[0008]
上述密封胶中，以基体材料为100重量份计，所述的防老剂用量为2～5份，优选为2～3份；所述的增粘剂用量为10～30份，优选为10～25份；所述的填料用量为20～50份，优选
为20～35份；所述的软化剂用量为130～290份，优选为160～240份。
[0009]
上述密封胶的基体材料包含有丁基橡胶和/或高分子量聚异丁烯，其中所述丁基橡胶的用量为基体材料总重量的70～100％，所述高分子量聚异丁烯的用量为基体材料总重量的0～30％；增粘剂包含季戊四醇硬脂酸酯和c5树脂，其中所述季戊四醇硬脂酸酯的用量为增粘剂总重量的50～100％，所述c5树脂的用量为增粘剂总重量的0～50％；其中，高分子量聚异丁烯的分子量为89000～159000；中低分子量聚异丁烯的分子量为1000～3000。
[0010]
本发明的另一目的在于提供一种轮胎自修复密封胶的制备方法，包括将包含所述基体材料、防老剂、增粘剂、填料在内的组分按所述用量共混，分批次加入所述软化剂，搅拌均匀，即得所述的轮胎自修复密封胶。具体包括以下步骤：
[0011]
步骤一、将所述基体材料与包括所述防老剂、所述增粘剂、所述填料在内的组分，加入开炼机中混合均匀，出片冷却；
[0012]
步骤二、将步骤一得到的样品加入一部分软化剂充分塑炼，打三角包并打辊得到样品；
[0013]
步骤三、将步骤二得到的样品加入另一部分的软化剂，升温并搅拌均匀，趁热出料，即得所述的轮胎自修复密封胶。
[0014]
其中，步骤二中，以基体材料为100重量份来计，软化剂用量为30～90份，优选为40～80份；步骤三中，以基体材料为100重量份来计，软化剂用量为100～200份，优选为120～160份；
[0015]
步骤二在通有冷却水的开炼机中完成，步骤二中打三角包直到样品表面呈现光滑，无颗粒，无结块，且在开炼机上无残留软化剂，样品黏附于聚酯膜而不黏附聚四氟乙烯膜。
[0016]
步骤三中，开始搅拌时温度为150℃～170℃，并设置转速范围为30～60r/min；当物料融化、软化剂成水样时将温度升高到190℃～210℃，提高转速至100～150r/min。
[0017]
本发明属于安全轮胎技术领域，特别涉及一种轮胎自修复密封胶快速均匀的加工方法。本发明在加工过程中分两步加入软化剂，第一步在开炼机中加入软化剂，通过强剪切作用将软化剂小分子充分插入基体大分子之间，使得大分子链间的缠结降低，第二步通过热作用在体系中融入更多软化剂小分子，这样的加工方式使得小分子充分均匀排列，分子量的分布更加均匀有利于流动，提高了润湿性进而使得粘结性和加工性能提升。使用这种方法加工得到的密封胶产品，经过实验室设计的自修复性能检测装备的检测，可以达到与市售产品相同的自修复性能，并且使用这种加工方法可以达到物料混合均匀、无缺料少料，且大大缩短了加工时间，节省加工成本，在保证黏结性能不降低的同时提升了加工性能。此外，分段式加入软化剂还可以保证软化剂的分散性及均匀性，一次性加入时如果控制不好工艺条件，容易造成分散不好及不均匀的现象。
附图说明
[0018]
图1为实施例1～3和市售密封胶产品的剪切变稀测试结果，曲线a～d分别为实施例1～3得到的密封胶和市售密封胶产品在150℃下的剪切变稀测试曲线，可以看出实施例1～3得到的密封胶随剪切速率增加剪切黏度迅速降低，密封胶黏度均低于市售密封胶产品，其加工性能更好，更适合于喷涂作业。
具体实施方式
[0019]
下面结合具体实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
[0020]
实施例中所述用到的材料来源如下：
[0021]
表1.实施例中原材料及来源
[0022][0023][0024]
分析测试方法
[0025]
剥离强度测试：使用万能电子拉力机，以t剥离方式按照gb/t2790-1995进行测试，得到剥离强度。
[0026]
剪切变稀测试：使用r/s平板流变仪设置板间距为0.5mm，剪切速率为0-1000s-1
稳态取点，得到高温下剪切黏度与剪切速率之间的关系。
[0027]
自修复性能测试：采用自制实验装置检测轮胎自修复性能。该实验装置由分体式双口烧瓶、空压机、压力表以及若干软管、卡子组成，首先将自修复密封胶均匀涂抹在圆形硫化橡胶基片上，基片厚度为1mm直径与分体式双口烧瓶法兰口的外径相当，自修复密封胶厚度为3mm。将复合胶片插入直径2mm的铁钉放在分体式双口烧瓶两部分之间并用法兰圈固定。双口中的一口接压力表，一口接空压机，凡士林涂抹卡子固定密封。启动空压机使得压力表读数达到预定值开始计时并在压力表读数下降时为计时结束。
[0028]
实施例1
[0029]
1)将丁基橡胶1953共100份加入开炼机中充分塑炼，先加入填料纳米氧化锌20份及防老剂1010 3份，然后加入增粘剂季戊四醇硬脂酸酯10份、c5树脂10份，得到均匀的样品并冷却备用；
[0030]
2)打开开炼机的冷却水，加入步骤1)得到的样品，再加入软化剂低分子量聚异丁烯60份，并不断将两侧的胶料互调以达到良好的混合效果，打三角包直至样品表面光滑，无颗粒，无结块，且在开炼机上无残留软化剂，样品黏附于聚酯膜而不黏附于聚四氟乙烯膜；
[0031]
3)将步骤2)得到的样品剪成小块放入分体式三口烧瓶中，并加入软化剂低分子量聚异丁烯140份，使用田字形搅拌桨插入一半深度，并设定温度为170℃，转速30r/min使得物料融化软化剂呈水样。再将温度提升至200℃，转速提升为100r/min，加工一个小时获得样品1。
[0032]
实施例2
[0033]
1)将丁基橡胶90份、高分子量聚异丁烯10份，加入开炼机中充分塑炼，先加入填料纳米活性氧化锌30份及防老剂1010 3份，然后加入增粘剂季戊四醇硬脂酸酯10份、c5树脂10份，得到均匀的样品并冷却备用；
[0034]
2)打开开炼机的冷却水，加入上一步得到的样品，再加入软化剂低分子量聚异丁烯45份，并不断将两侧的胶料互调以达到良好的混合效果，打三角包直至样品表面光滑，无颗粒，无结块，且在开炼机上无残留软化剂，样品黏附于聚酯膜而不黏附于聚四氟乙烯膜；
[0035]
3)将步骤2)得到的样品剪成小块放入分体式三口烧瓶中，并加入软化剂低分子量聚异丁烯155份，使用田字形搅拌桨插入一半深度，并设定温度为170℃，转速30r/min使得物料融化软化剂呈水样。再将温度提升至200℃，转速提升为100r/min，加工一个小时获得样品2。
[0036]
实施例3
[0037]
1)将丁基橡胶85份、高分子量聚异丁烯15份加入开炼机中充分塑炼，先加入填料纳米活性氧化锌35份及防老剂1010 3份，然后加入增粘剂季戊四醇硬脂酸酯12.5份c5树脂12.5份，得到均匀的样品并冷却备用；
[0038]
2)打开开炼机的冷却水，加入上一步得到的样品，再加入软化剂低分子量聚异丁烯80份，并不断将两侧的胶料互调以达到良好的混合效果，打三角包直至样品表面光滑，无颗粒，无结块，且在开炼机上无残留软化剂，样品黏附于聚酯膜而不黏附于聚四氟乙烯膜；
[0039]
3)将步骤2)得到的样品剪成小块放入分体式三口烧瓶中，并加入软化剂低分子量聚异丁烯120份，使用田字形搅拌桨插入一半深度，并设定温度为170℃，转速30r/min使得物料融化软化剂呈水样。再将温度提升至200℃，转速提升为100r/min，加工一个小时获得样品3。
[0040]
样品测试
[0041]
将实施例1～3得到的轮胎自修复密封胶和市售密封胶产品分别测试其剥离强度，测试结果如表2中所示。
[0042]
表2.实施例1～3和市售密封胶产品的剥离强度测试结果
[0043] 剥离强度(kn/m)实施例13.2实施例23.1实施例33.3市售密封胶产品3.5
[0044]
剥离强度主要受内聚强度和润湿能力的双重影响，加入高分子量聚异丁烯会使得内聚强度降低而润湿能力上升，实施例2相比于实施例1用10份高分子量聚异丁烯替代丁基橡胶，内聚强度的降低使得剥离强度有所降低抵消了润湿能力提升带来的剥离强度上升。实施例3与实施例2相比，增粘剂用量有所上升，增粘剂中季戊四醇硬脂酸酯的增加使得内
聚强度和润湿能力同时提升，进而提升力剥离强度。相对于市售产品，剥离强度的差距已经小于10％，不会对产品使用造成影响。
[0045]
使用实验室设计的自修复效果测试装备测试实施例1～3的密封胶和市售密封胶产品的自修复性能，测试数据如表3。
[0046]
表3.实施例1～3和市售密封胶产品的自修复测试结果
[0047]
气压180kpa190kpa200kpa220kpa实施例154.84.54.3实施例25.24.84.64.3实施例354.74.54.4市售密封胶产品5.14.84.64.5
[0048]
以上数据是使用实验室设计的自修复效果测试方法得到的数据，单位为10min。该数据是用钢钉刺入复合胶层试样,然后升至指定气压后可保压的时间,时间越长表明密封胶自修复硫化胶层的效果越好。从上述数据中不难发现，通过本发明提供的快速加工工艺制备的自修复密封胶可以达到与市售产品相当的自修复性能，并且随着压力的增加时间降低。综合对比实施例2的自修复性能为3例中最好，在低压下略好于市售产品。实施例2增粘剂中季戊四醇硬脂酸酯的加入量较少，使得高分子量聚异丁烯对异物的润湿效果更明显，从而使得自修复性能提升。