一种航空轮胎胎圈补强胶及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种航空轮胎胎圈补强胶及其制备方法和应用。


背景技术：

2.航空轮胎俗称飞机轮胎，是飞机上安全性与可靠性要求都很高的重要部件，飞机的安全起飞和降落都必须依靠飞机轮胎的各种独特的功能。
3.传统的航空轮胎胎圈的结构包括胎面胶、补强层、气密层、胎体帘布层，和胎侧胶，为了提高航空胎圈的使用安全性，还在胎体帘布层和胎侧胶之间设置一层胎圈补强胶。但是，现有的补强胶导热性能不够好，生热相对较高。因航空轮胎的使用条件是载荷大、速度高，使得胎圈上部受力大、变形大、变形频率高，胎圈上部生热大、温度高，对于航空轮胎，胎圈补强胶的生热越低、导热越好，轮胎使用越安全。现有的航空轮胎存在着胎圈上部易出现内部脱空、裂口、胎圈爆等质量问题，安全性较差。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种航空轮胎胎圈补强胶及其制备方法和应用。本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶生热低，导热性好，将其应用于航空轮胎中，轮胎在载荷大、速度高、胎圈部位的受力大、变形大的使用条件下，不会出现胎圈内部脱空、裂口、胎圈爆等质量问题，安全性好。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
6.一种航空轮胎胎圈补强胶，包括以下重量份数的组分：高端天然橡胶80～90份，顺丁橡胶br900010～20份，炭黑n66040～45份，硅烷偶联剂1～2份，热稳定剂1～3份，抗硫化返原剂0.5～1.2份，碳纳米管3～4份，氧化锌8～12份，对苯二胺类防老剂1～3份，酮胺类防老剂1～2份，不溶性硫磺1.5～2.5份，次磺酰胺类促进剂1～2份；
7.所述高端天然橡胶的拉伸强度≥25mpa，扯断伸长率≥800％，撕裂强度≥30kn/m，压缩生热≤8℃。
8.优选的，所述硅烷偶联剂的型号为kh
‑
845
‑
4或si69。
9.优选的，所述热稳定剂的型号为hs
‑
80。
10.优选的，所述抗硫化返原剂的型号为wk
‑
901或pk900。
11.优选的，所述碳纳米管的型号为gtr
‑
300
‑
02或xj
‑
cnts301a。
12.优选的，所述对苯二胺类防老剂的型号为4020；所述酮胺类防老剂的型号为s
‑
rd。
13.优选的，所述不溶性硫磺的型号为is
‑
60或is
‑
90；所述次磺酰胺类促进剂的型号为ns或nobs。
14.本发明还提供了上述方案所述航空轮胎胎圈补强胶的制备方法，包括以下步骤：
15.将高端天然橡胶和顺丁橡胶br9000混合进行第一密炼，之后加入氧化锌、碳纳米管、热稳定剂、对苯二胺类防老剂、酮胺类防老剂进行第二密炼，再加入炭黑n660和硅烷偶
联剂进行第三密炼，得到密炼胶料；
16.将不溶性硫黄、次磺酰胺类促进剂、抗硫化返原剂和所述密炼胶料混合依次进行开炼、薄通、打三角包、割刀、下片、冷却和停放，得到航空轮胎胎圈补强胶。
17.本发明还提供了上述方案所述的航空轮胎胎圈补强胶或上述方案所述制备方法制备的航空轮胎胎圈补强胶在航空轮胎中的应用。
18.优选的，所述应用的方法为：将所述航空轮胎胎圈补强胶挤出成胎圈补强胶片半成品；在成型机上将胎圈补强胶片半成品贴于轮胎胎圈上部的胎体帘布层与胎侧胶之间，制成轮胎胎坯；将所述轮胎胎坯进行硫化，得到航空轮胎成品。
19.本发明提供了一种航空轮胎胎圈补强胶，包括以下重量份数的组分：高端天然橡胶80～90份，顺丁橡胶br900010～20份，炭黑n66040～45份，硅烷偶联剂1～2份，热稳定剂1～3份，抗硫化返原剂0.5～1.2份，碳纳米管3～4份，氧化锌8～12份，对苯二胺类防老剂1～3份，酮胺类防老剂1～2份，不溶性硫磺1.5～2.5份，次磺酰胺类促进剂1～2份；所述高端天然橡胶的拉伸强度≥25mpa，扯断伸长率≥800％，撕裂强度≥30kn/m，压缩生热≤8℃。本发明使用具有强度高、生热低、弹性高的特点的高端天然橡胶为主材料，可使胶料具有高弹性、低生热、拉伸强度高，具备良好的综合性能；通过加入硅烷偶联剂、热稳定剂和抗硫化返原剂，使硫化胶具有良好的热稳定性和抗硫化返原性能，使胎圈补强胶料在高温时橡胶不降解或少降解，明显提高胶料在高温状态时补强胶的耐热性能；加入顺丁橡胶br9000和通用型炭黑n660，可使硫化胶具有高的弹性和低的生热；加入碳纳米管和较高用量的氧化锌，可使胶料具有较好的导热性能；另外，通过对配方中其它组份的合理配备，使胎圈补强胶具有与相邻部件相匹配的硬度及硫化速度。本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶生热低、导热较好、热稳定性好、弹性高同时具有拉伸强度、扯断伸长率和300％定伸应力高，动态压缩疲劳后永久变形较小的优点。
20.本发明还提供了上述方案所述航空轮胎胎圈补强胶的制备方法，本发明提供的制备方法步骤简单，容易操作。
21.本发明还提供了上述方案所述航空轮胎胎圈补强胶在航空轮胎中的应用，将本发明的胎圈补强胶应用于航空轮胎中，航空轮胎在高速、高载条件下使用时，胎圈补强胶能够起到缓冲和吸收能量的作用，同时该胶料具有生热低、耐热好、导热较好的特点，使得胎圈上部温度相对较低，轮胎在载荷大、速度高、胎圈部位的受力大、变形大的使用条件下，该部位胶料不会出现胶料熔融、内部脱空、裂口等质量问题，轮胎使用安全。
附图说明
22.图1航空轮胎的纵切结构示意图，其中：1
‑
胎面胶、2
‑
补强层、3
‑
胎体帘布层、4
‑
气密层、5
‑
胎侧胶、6
‑
胎圈补强胶、7
‑
轮辋。
具体实施方式
23.本发明提供了一种航空轮胎胎圈补强胶，包括以下重量份数的组分：高端天然橡胶80～90份，顺丁橡胶br900010～20份，炭黑n66040～45份，硅烷偶联剂1～2份，热稳定剂1～3％，抗硫化返原剂0.5～1.2份，碳纳米管3～4份，氧化锌8～12份，对苯二胺类防老剂1～3份，酮胺类防老剂1～2份，不溶性硫磺1.5～2.5份，次磺酰胺类促进剂1～2份。
24.如无特殊说明，本发明使用的各个原料均为市售。
25.以重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括高端天然橡胶80～90份，优选为83～85份。在本发明中，所述高端天然橡胶的拉伸强度≥25mpa(检验方法gb/t528)，扯断伸长率≥800％(检验方法gb/t528)，撕裂强度≥30kn/m(检验方法gb/t529)，压缩生热≤8℃(检验方法gb/t1687)；所述高端天然橡胶在100pphm、40℃、25％伸长条件下的臭氧老化时间≥6h出裂(检验方法gb/t533
‑
2008)。在本发明的具体实施例中，所述高端天然橡胶优选为国产高端天然橡胶，购买自云南天然橡胶产业集团江城有限公司。本发明使用高端天然橡胶为主材料，可使胶料获得较高的弹性和拉伸强度，同时具有较低的生热，所得胶料的综合性能良好。
26.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括顺丁橡胶br900010～20份，优选为13～15份。
27.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括炭黑n66040～45份，优选为42～43份，所述炭黑n660为通用型炭黑。本发明通过加入顺丁橡胶br9000和炭黑n660，能够使胶料具有高的弹性和较低的生热。
28.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括硅烷偶联剂1～2份，优选为1.3～1.5份。在本发明中，所述硅烷偶联剂的型号优选为kh
‑
845
‑
4或si69。
29.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括热稳定剂1～3份，优选为1.5～2.5份。在本发明中，所述热稳定剂的型号优选为hs
‑
80。
30.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括抗硫化返原剂0.5～1.2份，优选为0.8～1份。在本发明中，所述抗硫化返原剂的型号为wk
‑
901或pk900。本发明通过加入硅烷偶联剂、热稳定剂和抗硫化返原剂，可使硫化胶具有良好的热稳定性和抗硫化返原性能，使胎圈补强胶在高温时橡胶不降解或少降解，明显提高其在高温状态时的耐热性能。
31.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括碳纳米管3～4份，优选为3.3～3.5份。在本发明中，所述碳纳米管的型号优选为gtr
‑
300
‑
02或xj
‑
cnts301a，更优选为gtr
‑
300
‑
02。
32.在本发明中，所述碳纳米管gtr
‑
300
‑
02是采用改性催化碳气相沉淀法制的多壁纳米碳管，具有比表面积高、碳相纯度高、外径分布窄、超高长径比(长度为3～12μm，内径为12～15nm)的特点，所述碳纳米管gtr
‑
300
‑
02的模量为1tpa，拉伸强度为10～60gpa，电导率为106s/m，导热率＞30000w/mk；在本发明的具体实施例中，所述碳纳米管gtr
‑
300
‑
02购买自山东大展纳米材料有限公司。
33.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括氧化锌8～12份，优选为9～11份。本发明加入碳纳米管和较高用量的氧化锌，可使胶料具有较好的导热性能。
34.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括对苯二胺类防老剂1～3份，优选为1.5～2.5份。在本发明中，所述对苯二胺类防老剂的型号优选为4020。
35.以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括酮胺类防
老剂1～2份，优选为1.3～1.5份。在本发明中，所述酮胺类防老剂的型号优选为s
‑
rd，所述防老剂s
‑
rd的化学名称为2,2,4
‑
三甲基
‑
1,2
‑
二氢喹啉的聚合物，化学分子式如式i所示；在本发明的具体实施例中，所述防老剂s
‑
rd购买自江苏圣奥化学科技有限公司；本发明将苯二胺类防老剂和酮胺类防老剂同时使用，能够使胶料的耐热和耐疲劳性能均良好。
[0036][0037]
以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括不溶性硫磺1.5～2.5份，优选为1.8～2.2份。在本发明中，所述不溶性硫磺的型号优选为is
‑
60或is
‑
90。
[0038]
以高端天然橡胶的重量份数计，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶包括
[0039]
次磺酰胺类促进剂1～2份，优选为1.3～1.5份。在本发明中，所述次磺酰胺类促进剂的型号优选为ns或nobs。本发明通过加入不溶性硫磺和次磺酰胺类促进剂并控制其用量，使胎圈补强胶具有与相邻部件相匹配的硫化速度。
[0040]
在本发明中，所述航空轮胎胎圈补强胶的各项性能如表1所示：
[0041]
附表1航空轮胎胎圈补强胶的胶料性能
[0042][0043][0044]
本发明还提供了上述方案所述航空轮胎胎圈补强胶的制备方法，包括以下步骤：
[0045]
将高端天然橡胶和顺丁橡胶br9000混合进行第一密炼，之后加入氧化锌、碳纳米管、热稳定剂、对苯二胺类防老剂、酮胺类防老剂进行第二密炼，再加入炭黑n660和硅烷偶联剂进行第三密炼，得到密炼胶料；
[0046]
将不溶性硫黄、次磺酰胺类促进剂、抗硫化返原剂和所述密炼胶料混合依次进行开炼、薄通、打三角包、割刀、下片、冷却和停放，得到航空轮胎胎圈补强胶。
[0047]
将高端天然橡胶和顺丁橡胶br9000混合进行第一密炼，之后加入氧化锌、碳纳米管、热稳定剂、对苯二胺类防老剂、酮胺类防老剂进行第二密炼，再加入炭黑n660和硅烷偶联剂进行第三密炼，得到密炼胶料。在本发明中，优选先将所述高端天然橡胶进行塑炼，得到高端天然橡胶塑炼胶后，再进行第一密炼；所述第一密炼的时间优选为2min，本发明优选将高端天然橡胶和顺丁橡胶br9000加入密炼机中，加压2min；所述第二密炼的时间优选为
2min；本发明优选在第一密炼完成后，直接将氧化锌、碳纳米管、热稳定剂和对苯二胺类防老剂投入密炼机中混合并加压2min；所述第三密炼的时间优选为2min；本发明优选在第二密炼完成后，直接将炭黑n660和硅烷偶联剂加入密炼机中混合并加压2min。
[0048]
得到密炼胶料后，本发明将不溶性硫黄、次磺酰胺类促进剂、抗硫化返原剂和所述密炼胶料混合依次进行开炼、薄通、打三角包、割刀、下片、冷却和停放，得到航空轮胎胎圈补强胶。在本发明中，所述开炼的时间优选为5min，所述薄通的次数优选为3次，所述割刀优选为左右割刀各3次；本发明对所述打三角包、下片、冷却和停放没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的方法即可。在本发明的具体实施例中，优选将密炼胶料排出密炼机至开炼机上，将不溶性硫黄、次磺酰胺类促进剂和抗硫化返原剂按照比例加入开炼机中，混合5min，之后薄通3次并打三角包，调辊距至6～8mm，左右割刀各3次，然后进行下片，冷却和停放，得到胎圈补强胶混炼胶。在后续的应用过程中，再将所得胎圈补强胶混炼胶进行硫化，后续进行详细说明。
[0049]
本发明还提供了上述方案所述航空轮胎胎圈补强胶或上述方案所述制备方法制备的航空轮胎胎圈补强胶在航空轮胎中的应用；在本发明中，所述应用的方法优选为：将所述航空轮胎胎圈补强胶挤出成胎圈补强胶片半成品；在成型机上将胎圈补强胶片半成品贴于轮胎胎圈上部的胎体帘布层与胎侧胶之间，制成轮胎胎坯；将所述轮胎胎坯进行硫化，得到航空轮胎成品。本发明对所述硫化的具体条件没有特殊要求，根据轮胎的规格选择本领域技术人员熟知的硫化条件即可。
[0050]
在本发明中，所述胎圈补强胶在轮胎中的位置见图1，图1中，1
‑
胎面胶，2
‑
补强层、3
‑
胎体帘布层、4
‑
气密层、5
‑
胎侧胶、6
‑
胎圈补强胶、7
‑
轮辋。
[0051]
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0052]
实施例中使用的国产高端天然橡胶购买自云南天然橡胶产业集团江城有限公司，性质见表2：
[0053]
表2国产高端天然橡胶产品参数
[0054]
产品参数产品指标检验方法拉伸强度≥25.0mpagb/t528扯断伸长率≥800％gb/t528撕裂强度≥30kn/mgb/t529压缩生热℃≤8℃gb/t1687臭氧老化(100pphm、40℃、25％伸长)≥6h出裂gb/t533
‑
2008
[0055]
碳纳米管gtr
‑
300
‑
02购买自山东大展纳米材料有限公司，模量为1tpa，拉伸强度为10
‑
60gpa，电导率为106s/m，导热率＞30000w/mk，其他物理性质如表3所示；
[0056]
表3碳纳米管gtr
‑
300
‑
02的产品参数
[0057]
产品参数产品指标测试方法外观黑色粉末目测灰分％≤3.0gb/t3780.10水分％≤1.0gb/t24491堆密度g/ml0.060～0.090gb/t24491比表面积m2/g230～270gb/t24491
电阻率mω.cm80～100gb/t24491粒径(d50)μm≤10gb/t24491
[0058]
防老剂s
‑
rd购买自江苏圣奥化学科技有限公司，产品结构式如上文式i所示，分子量为(173.25)n n＝2～4，产品规格见表4。
[0059]
表4防老剂s
‑
rd产品规格
[0060]
特性指标测试方法外观琥珀至棕色粒状jssc
‑
0000二聚体含量(hplc),％≥45.0jssc
‑
0600有效体含量(hplc),％≥72.0jssc
‑
0600伯胺含量(hplc),％≤0.70jssc
‑
0600软化点,℃80.0
‑
100.0jssc
‑
0202灰分,％≤0.20jssc
‑
0300加热减量(50
‑
55℃),％≤0.20jssc
‑
0400
[0061]
实施例1
[0062]
胎圈补强胶的配方见表5，制备方法如下：
[0063]
(1)将天然橡胶塑炼胶、顺丁橡胶br9000投入密炼机，加压2分钟；
[0064]
(2)将氧化锌、碳纳米管gtr
‑
300
‑
02、热稳定剂hs
‑
80、防老剂、酮胺类防老剂s
‑
rd、对苯二胺类防老剂4020按照比例投入密炼机，加压2分钟，混合密炼；
[0065]
(3)将炭黑n660、硅烷偶联剂kh
‑
845
‑
4按照比例投入密炼机，加压2分钟，混合密炼；
[0066]
(4)将混合物排出密炼机至开炼机上，在开炼机将不溶性硫黄is
‑
60、次磺酰胺类促进剂ns、抗硫化返原剂wk
‑
901按照比例加入，混合5分钟，薄通3次并打三角包，调辊距至6～8mm，左右割刀各3次，下片，冷却，停放，得到胎圈补强胶混炼胶。
[0067]
(5)用挤出机将胎圈补强胶混炼胶挤出成胎圈补强胶片半成品；在成型机上将胎圈补强胶片半成品贴于轮胎胎圈上部的胎体帘布层与胎侧胶之间，制成轮胎胎坯；通过硫化机将胎坯硫化而成为航空轮胎成品。
[0068]
实施例2
[0069]
胎圈补强胶的配方见表5，制备方法同实施例1。
[0070]
实施例3
[0071]
胎圈补强胶的配方见表5，制备方法同实施例1。
[0072]
表5实施例1～3胎圈补强胶配方
[0073][0074]
将实施例1～3步骤(4)中得到的胎圈补强胶混炼胶进行制样并硫化，测试硫化后胶料的性能，具体的硫化条件按照各项性能测试时采用测试标准进行，并与现有技术中常用补强胶的性能进行对比，测试结果见表6。
[0075]
表6实施例1～3及现有技术胶料性能
[0076][0077][0078]
根据表6中的数据可以看出，本发明提供的航空轮胎胎圈补强胶生热低、导热性好，耐热性能好，弹性高，且拉伸强度、扯断伸长率和300％定伸应力较高，动态压缩疲劳后永久变形小，具有优异的综合性能，各个方面的性质均优于现用技术。将本发明的航空轮胎补强胶应用于航空轮胎中，能够起到缓冲和吸收能量的作用，使得胎圈上部温度相对较低，该部位胶料不会出现胶料熔融、内部脱空、裂口等质量问题，轮胎使用安全。
[0079]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。