一种高湿地抓着和低滞后损失的胎面橡胶组合物、混炼工艺和轮胎的制作方法

1.本发明属于轮胎、橡胶等行业的应用领域，尤其是涉及到一种高湿地抓着和低滞后损失的胎面橡胶组合物、混炼工艺和轮胎。


背景技术：

2.随着经济的迅猛发展，汽车产量及汽车保有量越来越多，轮胎作为汽车行驶时唯一与地面接触的部位，与生命安全息息相关。随着欧洲法规标签的强制执行，轮胎的滚动阻力与湿地抓着性能越来越受到开发者和消费者的关注。其中，湿地抓地性能是衡量轮胎行驶安全性的重要指标，尤其是在雨天行驶安全性的重要指标，由于雨天有水的存在，轮胎的湿地抓地力会大幅度下降，因此提高轮胎的湿地抓地性能至关重要。其次，轮胎滚动阻力影响着轮胎的使用性能，关系到汽车的燃油消耗和环境污染，因此降低轮胎的滚动阻力在轮胎工业和汽车行业中受到越来越广泛的重视和关注。
3.中国发明专利申请（公开号：cn110832025a，公开日：20200221）公开了一种配合有非纤维状的钛酸盐化合物颗粒且该钛酸盐化合物颗粒的分散性优异、并且具有优异的抗湿滑性和耐磨损性的橡胶组合物。该橡胶组合物中，在橡胶成分中配合有平均粒径小于30μm且bet比表面积为2m2/g以上的非纤维状钛酸盐化合物颗粒、和bet比表面积为50～250m2/g的二氧化硅颗粒。该专利采用了低含量白炭黑并用钛酸钾使轮胎具有优异的抗湿滑性和耐磨损性， 但是对于材料的湿地抓着和低滞后损失性能并没有考虑。


技术实现要素：

4.本发明为了解决汽车轮胎在雨天的湿地抓着性能不佳问题，以及使用时轮胎滚动阻力所造成的能耗问题，提供了一种高湿地抓着和低滞后损失的胎面橡胶组合物，在不改变原混炼胶的加工性能条件下，通过调节橡胶组分的配比以及高分散白炭黑和粉末状钛酸锂钾的含量，能够有效地提升轮胎的湿地抓着性能，同时还降低了滞后损失。
5.为了实现上述的发明目的，本发明采用了以下的技术方案：一种高湿地抓着性能和低滞后损失的橡胶组合物，按橡胶组分为100重量份计，该橡胶组合物的混炼配方包括以下组分：天然橡胶20-40份、丁苯橡胶50-70份和顺丁橡胶5-20份，高分散白炭黑60～120份，炭黑0～30份，硅烷偶联剂2-10份，钛酸锂钾粉末1～50份；所述高分散白炭黑的氮吸附比表面积＞150m2/g；所述的钛酸锂钾粉末堆积密度为0.2～0.6g/cm3，ph值为10.0～11.4，粉末比表面积为0.5～10m2/g。
6.作为优选，该橡胶组合物的混炼配方包括以下组分：天然橡胶25-35份、丁苯橡胶55-65份和顺丁橡胶5-15份，高分散白炭黑70～100份，炭黑2～10份，钛酸锂钾粉末5～25份、抓地树脂1.5-3.0份，白炭黑分散剂0.5-2.0份。
7.作为优选，所述的炭黑粒子碘吸收值为5～150 g/kg。
8.作为优选，所述的粉末状钛酸锂钾熔点为1150～1200℃,常温下水溶解性＜1 mg/
l。
9.作为优选，该橡胶组合物的混炼配方还包括以下组分：防老剂：1.5-2.5份；微晶蜡：0.5-1.5份；硬脂酸：1.5-2.5份；氧化锌：1.5-2.5份；促进剂d：1.5-2.5份，硫磺：1.0-2.5份；促进剂cz：1.5-2.5份；促进剂tbztd：0.05-0.20份。
10.作为优选，按橡胶组分为100重量份计，该橡胶组合物的混炼配方由以下的组分构成：天然橡胶30份、丁苯橡胶60份和顺丁橡胶10份，高分散白炭黑85份，炭黑5份，硅烷偶联剂8份，钛酸锂钾粉末20份，抓地树脂2.0份，白炭黑分散剂1.0份；防老剂：2.0份；微晶蜡：1.0份；硬脂酸：1.8份；氧化锌：2.0份；促进剂d：2.0份，硫磺：1.6份；促进剂cz：2.0份；促进剂tbztd：0.1份。
11.进一步，本技术还提供了所述橡胶组合物的制备工艺，该工艺包括如下步骤：（1）一段混炼：采用德国克虏伯gk320-e550型串联密炼机混炼，gk320上位机混炼工艺具体工艺步骤：加胶、药品，加白炭黑、硅烷偶联剂等，降上顶栓混炼15秒，提坨，降上顶栓混炼升温至105℃，升上顶栓，混炼升温至155℃，恒温混炼60秒排胶；e550下位机混炼工艺具体工艺步骤：进料，混炼升温至155℃，恒温混炼250秒，排胶；（2）二段混炼：采用大连橡胶塑料机械股份有限公司f370剪切型密炼机混炼：加入一段混炼母胶；降上顶栓保持15秒，升上顶栓保持8秒，降上顶栓升温到110℃，升上顶栓保持5秒，降上顶栓升温至145℃，排胶；（3）终炼段：采用大连橡胶塑料机械股份有限公司f370剪切型密炼机混炼：加入二段混炼段母胶、硫磺、促进剂；降上顶栓保持20秒；升上顶栓保8秒；降上顶栓保持15秒；升上顶栓保持5秒；降上顶栓升温至102℃，排胶。
12.进一步，本技术还提供了一种具备高湿地抓着和低滞后损失性能的轮胎，该轮胎的胎面采用了所述橡胶组合物硫化制备得到。
13.本发明的有益效果：本发明提供的橡胶组合物，在不改变原混炼胶的加工性能条件下，通过调节橡胶组分的配比以及高分散白炭黑和粉末状钛酸锂钾的含量，能够有效地提升轮胎的湿地抓着性能，同时还降低了滞后损失。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整的描述，进而进一步解释发明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。给予本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
15.本发明的原料来源如下
其他未列明采用为市场采购的常规原料。
16.具体对比例与实施例见下表1：表1 对比例与实施例配方表
上述表格中其他成分为：抓地树脂：2.0，白炭黑分散剂：1.0；防老剂：2.1；微晶蜡：1.0；硬脂酸：1.8；氧化锌：2.0；促进剂d：2.0，硫磺：1.6；促进剂cz：2.0；促进剂tbztd：0.1。
17.对比例与实施例均采用两段混炼、终炼三段工艺，具体如下：一段混炼：采用德国克虏伯gk320-e550型串联密炼机混炼，gk320上位机混炼工艺具体工艺步骤：加胶、药品，加白炭黑、硅烷偶联剂等，降上顶栓混炼15秒，提坨，降上顶栓混炼升温至105℃，升上顶栓，混炼升温至155℃，恒温混炼60秒排胶；e550下位机混炼工艺具体工艺步骤：进料，混炼升温至155℃，恒温混炼250秒，排胶。二段混炼工艺：采用大连橡胶塑料机械股份有限公司f370剪切型密炼机混炼：加入一段混炼母胶；降上顶栓保持15秒，升上顶栓保持8秒，降上顶栓升温到110℃，升上顶栓保持5秒，降上顶栓升温至145℃，排胶；终炼段工艺：采用大连橡胶塑料机械股份有限公司f370剪切型密炼机混炼：加入二段混炼段母胶、硫磺、促进剂；降上顶栓保持20秒；升上顶栓保8秒；降上顶栓保持15秒；升上顶栓保持5秒；降上顶栓升温至102℃，排胶。
18.将混炼得到的胶料在预先准备的模具中进行硫化，硫化的条件为160
°c×
15min，压力为15mpa。然后按照相关国家标准测试方法对其测定硫化橡胶的各项性能，所有测试结果都以对比例1为100基准计算，测试值（相对值）=实施例测试值/对比例测试值
×
100，具体测定结果如表2所示。
19.表2对比例与实施例物理性能对比
物理性能对比例1对比例2对比例3对比例4对比例5对比例6对比例7对比例8
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实施例1实施例2实施例3实施例4mh1009511198899295102101989693t9010090105968885868495928685焦烧时间t5@127℃100105109999895979699100101102m300100971099685889810598958890拉伸强度100901059790899710698989495断裂伸长率100101103103103971051111029610199撕裂强度10010310599103105107105103102101101硬度100961051009495979599979697din磨耗10013385102136138118113105108120128tanδat0℃100106869811210811589102105109110tanδat60℃100911129685909210695908887
上述表2中，mh：该值越大，模量越高；t90：该值越大，胶料流速越慢；焦烧时间t5：该值越大，胶料加工越安全；m300＆拉伸强度＆拉断伸长率＆撕裂强度：该值越大，胶料增强性越好；硬度：该值越大，硬度越高；din磨耗：该值越大，磨耗越差。
20.动态力学分析仪(dma)为轮胎行业一般以tanδat0℃值表征硫化橡胶的湿地抓地性能，该值越高，湿地抓地性能越好。tanδat60℃值表征硫化橡胶的滚动阻力，该值越低，滚动阻力越低。测试仪器使用vr-7120型动态热机械分析仪(日本ueshima公司制造)，测试条件为：拉伸模式；频率，12hz；静应变7％，动应变0.25％；温升，2
°
c/min。结果如表2中所示。
21.选用对比例1与实施例1、2、3、4中的橡胶组合物作为轮胎胎面，试制规格为225/45r18的轮胎，测试实车滚动阻力与湿地抓着性能，具体对比见下表：表3为对比例和实施例滚动阻力与湿地玄武岩制动距离性能对比物理性能对比例1实施例1实施例2实施例3实施例4滚阻性能10099.297.195.594.3湿地玄武岩制动距离10096.593.792.691.2上述表3中，滚阻性能：该值越小，滚动阻力越低；湿地玄武岩制动距离：该值越小，
湿地抓着力越优。
22.结合表2与表3，通过对比例与实施例可看出，随着钛酸锂钾增量，胶料模量略有下降，流速变快，但加工安全性提高，拉伸强度与m300略有下降，但断裂伸长率与撕裂强度略有提升，硬度略有下降，磨耗有较大下降。实车滚动阻力与湿地玄武岩抓着性能测试显示：湿地抓着与滚动阻力性能均有不同程度的提升。这应该与钛酸锂钾是一种片层结构的钛酸盐有关，由于其表面带有正电荷，钛酸锂钾为碱性物质，白炭黑呈弱酸性物质，加入钛酸锂钾有助于降低白炭黑间的絮凝，帮助白炭黑在橡胶体系中分散，改善橡胶组合物的生热。另外由于钛酸锂钾呈片状结构，轮胎行驶在有水的路面时，钛酸锂钾可吸收部分水介质，降低水产生的影响。同时由于其比表面积较低，结构度较低，粒子较大，可能产生了刺破水膜的作用。白炭黑与钛酸锂钾因为其粒径不同，极有可能产生了协同效应。
23.以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。