阅读说明：本技术 一种全钢子午线轮胎胎面配方及其制备方法 (All-steel radial tire tread formula and preparation method thereof ) 是由 李卫国 李群 丁祥 于 2020-06-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种全钢子午线轮胎胎面配方,涉及橡胶加工技术领域。所述胎面配方按质量份数计,由以下质量份数的成分组成：天然胶橡胶为40-100份,高顺式丁二烯橡胶为0-40份,溶聚丁苯橡胶为0-40份,白炭黑为0-40份,炭黑为20-60份,氧化锌为1-5份,硬脂酸为1-3份,硅烷偶联剂为0-6.4份,低滚阻助剂为0-1份,防护蜡为0.5-2份,防老剂RD为1-3份,防老剂4020为1-3份,促进剂NS为1-3份,硫黄粉为0.5-3份,防焦剂为0-0.4份。本发明研制了一种全钢子午线轮胎胎面配方,通过本发明配方制备的轮胎胎面,使轮胎具有较低的轮胎滚阻,和较高的耐磨性能；本发明制备的轮胎胎面用于轮胎中,降低了汽车行驶中的油耗,同时又满足客户对轮胎高耐磨的需求。(The invention discloses an all-steel radial tire tread formula, and relates to the technical field of rubber processing. The tread formula comprises the following components in parts by mass: 40-100 parts of natural rubber, 0-40 parts of high cis-butadiene rubber, 0-40 parts of solution polymerized styrene butadiene rubber, 0-40 parts of white carbon black, 20-60 parts of carbon black, 1-5 parts of zinc oxide, 1-3 parts of stearic acid, 0-6.4 parts of silane coupling agent, 0-1 part of low rolling resistance auxiliary agent, 0.5-2 parts of protective wax, 1-3 parts of anti-aging agent RD, 1-3 parts of anti-aging agent 4020, 1-3 parts of accelerator NS, 0.5-3 parts of sulfur powder and 0-0.4 part of anti-scorching agent. The invention develops an all-steel radial tire tread formula, and the tire tread prepared by the formula has lower tire rolling resistance and higher wear resistance; when the tire tread prepared by the invention is used in a tire, the oil consumption of an automobile in running is reduced, and the requirement of a customer on high wear resistance of the tire is met.)

一种全钢子午线轮胎胎面配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及橡胶加工技术领域，特别涉及一种全钢子午线轮胎胎面配方及其制备方法。

背景技术

轮胎的配方设计具有“魔鬼三角”之说，所谓的“魔鬼三角”指的是轮胎的耐磨性、抗湿滑性、滚动阻力，三者之间因自身性能，不能同时得到改善，必须在牺牲某一种或两种性能的同时才能获得另一种性能改善。在轮胎配方设计时，最常见矛盾点为轮胎的滚阻与耐磨性关系，往往在降低滚阻的同时，也会降低轮胎的耐磨性。

轮胎的胎面部分对轮胎滚阻影响占比约为50-60％，是轮胎所有部件中对滚阻做贡献最大的部件，同时轮胎胎面部分是唯一与地面接触的部件，因此轮胎的耐磨性也由轮胎胎面部分贡献。同时，胎面部件主要由胎面和基部胶两部分组成，轮胎胎面是影响轮胎滚阻和磨耗性能的关键结构。因此，如何研发一种新的轮胎胎面配方，即可以降低轮胎滚阻，同时又可以提高磨耗性能，是目前橡胶加工技术领域需要解决的技术问题。

发明内容

本发明针对上述技术问题，提出一种全钢子午线轮胎胎面配方及其制备方法。

本发明采用技术方案为：一种全钢子午线轮胎胎面配方，所述胎面配方按质量份数计，由以下质量份数的成分组成：所述胎面配方按质量份数计，由以下质量份数的成分组成：天然胶橡胶为40-100份，高顺式丁二烯橡胶为0-40份，溶聚丁苯橡胶为0-40份，白炭黑为0-40份，炭黑为20-60份，氧化锌为1-5份，硬脂酸为1-3份，硅烷偶联剂为0-6.4份，低滚阻助剂为0-1份，防护蜡为0.5-2份，防老剂RD为1-3份，防老剂4020为1-3份，促进剂NS为1-3份，硫黄粉为0.5-3份，防焦剂为0-0.4份。

在上述方案的基础上，所述天然胶橡胶为75份，高顺式丁二烯橡胶为15份，溶聚丁苯橡胶为10份，白炭黑为20份，炭黑为35份，氧化锌为3.5份，硬脂酸为2.5份，硅烷偶联剂为1.6份，低滚阻助剂为0.8份，防护蜡为1份，防老剂RD为1.5份，防老剂4020为2份，促进剂NS为1.6份，硫黄粉为1.5份，防焦剂为0.2份。

在上述方案的基础上，所述低滚阻助剂为1-萘乙酰肼，所述1-萘乙酰肼化学式为C₁₂H₁₂N₂O。

在上述方案的基础上，所述天然橡胶、高顺式丁二烯橡胶和溶聚丁苯橡胶的总质量份数为100份；

优选的，所述溶聚丁苯橡胶以纯胶计算，刨除其中的含油量；

优选的，所采用的天然橡胶，包括按STR标准分级的10#、20#天然橡胶，以及按烟片胶分级的1#、2#和3#烟片天然胶；

优选的，所采用的高顺式丁二烯橡胶，为顺式含量96％以上丁二烯橡胶，包括采用镍系催化剂、钕系催化剂的高顺式丁二烯橡胶；所述高顺式丁二烯橡胶生热低，滚阻低，同时具有高耐磨性。

在上述方案的基础上，所述溶聚丁苯橡胶中：乙烯基含量为10％-35％，苯乙烯含量为5％-40％，Tg点低于-30℃；上述特性的溶聚丁苯橡胶，不仅具有丁笨橡胶的高抓地性、耐撕裂性能，同时相对而言，其生热低，滚阻低，又具有高耐磨性。

在上述方案的基础上，所述炭黑吸碘值为90-160g/kg，吸油值为110-140ml/100g，总比表面积N2SA为90-145m²/g；上述特性的炭黑，具有高耐磨性。

在上述方案的基础上，所述白炭黑的氮吸附总比表面积为100-250m²/g；上述特性的白炭黑，氮吸附总比表面积大，补强效果好，耐磨性高，又具有低滚阻性能。

在上述方案的基础上，所述硅烷偶联剂为0-3.2份的纯硅烷偶联剂或0-6.4份的50％固体含量硅烷偶联剂。

在上述方案的基础上，所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂Si69和硅烷偶联剂Si75中的一种或两种。

一种全钢子午线轮胎胎面配方制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按成分配比，分别称取配制全钢子午线轮胎胎面配方的各成分；

(2)一段混炼胶:将天然橡胶、高顺式丁二烯橡胶、溶聚丁苯橡胶和低滚阻助剂加入密炼机，密炼机转速调至60转/分，压上顶栓混炼15秒；升上顶栓，将炭黑加入密炼机，密炼机转速调至50转/分，压上顶栓，混炼25秒；升上顶栓清扫，密炼机转速调至45转/分，压上顶栓混炼到145℃，恒温保持60秒，升上顶栓，开卸料门排胶，双螺杆挤出下片，冷却建垛；

(3)二段混炼胶：将一段混炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、防老剂4020、防护蜡、白炭黑和硅烷偶联剂加入密炼机，将密炼机转速调至45转/分，压上顶栓混炼25秒；升上顶栓清扫，压上顶栓混炼148℃，在此温度下恒温混炼60秒，升上顶栓，开卸料门排胶，双螺杆挤出下片，冷却建垛；

(4)三段混炼胶：将二段混炼胶投入密炼机，将密炼机转速调至45转/分，压上顶栓混炼25秒；升顶栓清扫，压上顶栓混炼至148℃，升上顶栓，开卸料门排胶，双螺杆挤出下片，冷却建垛；

(5)终炼胶：将三段混炼胶、硫黄粉、促进剂NS和防焦剂加入密炼机，将密炼机转速调至28转/分，压上顶栓混炼25秒；升上顶栓，压上顶栓混炼25秒；升上顶栓清，压上顶栓混炼至103℃，升上顶栓，开卸料门排胶，开炼机下片，冷却建垛。

优选的，在一段混炼胶、二段混炼胶和三段混炼胶阶段采用BB430密炼机；在终炼胶阶段采用GK255密炼机。

本发明的有益效果是：本发明研制了一种全钢子午线轮胎胎面配方，通过本发明配方制备的轮胎胎面，使轮胎具有较低的轮胎滚阻，和较高的耐磨性能；本发明制备的轮胎胎面用于轮胎中，降低了汽车行驶中的油耗，同时又满足客户对轮胎高耐磨的需求。

附图说明

图1为本发明胎面配方混炼胶硫化后的性能测试结果；

图2为本发明胎面配方成品后物理性能测试结果。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

实施例1

全钢子午线轮胎胎面配方的制备

1.1配方1

各组分按成分配比，分别称取配制全钢子午线轮胎胎面配方的各成分：天然橡胶STR20为90份，钕系高顺式丁二烯橡胶CB24为5份，溶聚丁苯SL553为5份，高分散炭黑200MP为25份，炭黑N134为45份，氧化锌为5份，硬脂酸为3份，硅烷偶联剂Si75为2份，低滚阻助剂为1份，防护蜡为2份，防老剂RD为3份，防老剂4020为3份，促进剂NS为2份，硫黄粉2份，防焦剂CTP为0.4份。

1.2配方2

各组分成分配比，分别称取配制全钢子午线轮胎胎面配方的各成分：天然橡胶STR20为40份，钕系高顺式丁二烯橡胶CB24为30份，溶聚丁苯SL553为30份，高分散炭黑200MP为10份，炭黑N134为20份，氧化锌为1份，硬脂酸为1份，硅烷偶联剂Si75为0.8份，低滚阻助剂为0.2份，防护蜡为1份，防老剂RD为1份，防老剂4020为1份，促进剂NS为1份，硫黄粉1份，防焦剂CTP为0.2份。

1.2配方3

各组分按成分配比，分别称取配制全钢子午线轮胎胎面配方的各成分：天然橡胶STR20为75份，钕系高顺式丁二烯橡胶CB24为15份，溶聚丁苯SL553为10份，高分散炭黑200MP为20份，炭黑N134为35份，氧化锌为3.5份，硬脂酸为2.5份，硅烷偶联剂Si75为1.6份，低滚阻助剂为0.8份，防护蜡为1份，防老剂RD为1.5份，防老剂4020为2份，促进剂NS为1.6份，硫黄粉1.5份，防焦剂CTP为0.2份。

实施例2

全钢子午线轮胎胎面的制备方法

根据实施例1中，配制的三种配方：配方1、配方2和配方3，按照以下步骤，进行轮胎胎面制备。

(1)按成分配比，分别称取配制全钢子午线轮胎胎面配方的各成分；

(2)一段混炼胶:将天然橡胶、高顺式丁二烯橡胶、溶聚丁苯橡胶和低滚阻助剂加入密炼机，密炼机转速调至60转/分，压上顶栓混炼15秒；升上顶栓，将炭黑加入密炼机，密炼机转速调至50转/分，压上顶栓，混炼25秒；升上顶栓清扫，密炼机转速调至45转/分，压上顶栓混炼到145℃，恒温保持60秒，升上顶栓，开卸料门排胶，双螺杆挤出下片，冷却建垛；

(3)二段混炼胶：将一段混炼胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂RD、防老剂4020、防护蜡、白炭黑和硅烷偶联剂加入密炼机，将密炼机转速调至45转/分，压上顶栓混炼25秒；升上顶栓清扫，压上顶栓混炼148℃，在此温度下恒温混炼60秒，升上顶栓，开卸料门排胶，双螺杆挤出下片，冷却建垛；

(4)三段混炼胶：将二段混炼胶投入密炼机，将密炼机转速调至45转/分，压上顶栓混炼25秒；升顶栓清扫，压上顶栓混炼至148℃，升上顶栓，开卸料门排胶，双螺杆挤出下片，冷却建垛；

(5)终炼胶：将三段混炼胶、硫黄粉、促进剂NS和防焦剂加入密炼机，将密炼机转速调至28转/分，压上顶栓混炼25秒；升上顶栓，压上顶栓混炼25秒；升上顶栓清，压上顶栓混炼至103℃，升上顶栓，开卸料门排胶，开炼机下片，冷却建垛。

实施例3

本发明胎面配方制备的混炼胶硫化后的性能测试

将实施例2中，根据三种配方制备的轮胎胎面混炼胶，在150℃正硫化时间下硫化后，进行性能测试，对胎面胶各性能值进行检测，测试结果如图1。

由图1可知，采用本发明配制的轮胎胎面混炼胶，其物理性能满足要求、滚阻低、磨耗系数高等，使轮胎胎面具有较高的耐磨性。

实施例4

本发明胎面配方制备的成品物理性能测试

将实施例2中，根据三种配方制备的轮胎胎面成品，根据国家检测标准规定的检测方法进行检测，如：根据GB/T4501-2016，检测了轮胎胎面成品耐久性能；根据ISO28580检测了轮胎胎面成品滚阻性能。测试结果如图2。

由图2可知，采用本发明配制的轮胎胎面成品，耐久性能值为97，远高于47h的国家标准；滚阻性能值为4.1，远低于6.5的欧盟REACH法规要求。由此可见，本发明研制的全钢子午线轮胎胎面，不仅具有较低的轮胎滚阻，又具有较高的耐磨耗性能。

目前，在主流轮胎配方工艺研究中，为降低轮胎滚阻，常见方案为增加白炭黑的使用量，但是，白炭黑用量的增加不仅会降低磨耗性能，还会使加工性能降低，如带来压出工序压出使膨胀率变大，尺寸波动变大。

在本发明中，我们通过实验研究，在全钢子午线轮胎胎面配方中添加低滚阻助剂，可以明显降低轮胎滚阻、提高磨耗性能；我们知道，在配方设计中，提高炭黑用量和使用更大比表面积炭黑，可以很好的提高耐磨性，同时会带滚阻的提升；但是，在本发明中，通过在配方中使用低滚阻助剂，可以平衡提高炭黑用量或种类所带来的滚阻提升。

通过进一步研究发现，低滚阻助剂在轮胎胎面配方中起作用的原理为如下：

(1)低滚阻助剂可与炭黑表面化学基团反应，帮助促进炭黑分散，即降低了炭黑与炭黑之间摩擦，减少了佩恩效应，减少了生热，进而降低了滚阻；

(2)低滚阻助剂也可与橡胶分子发生反应，接技在橡胶分子链上，减少橡胶的自由运动，因而低了橡胶生热，降低了滚阻；与橡胶发生反应后，橡胶分子量增加，因而耐磨性能、耐老化性能提升；

(3)低滚阻助剂与橡胶、炭黑同时反应，减少了炭黑运动，进一步减少了因炭黑与炭黑运动而产生的生热，因而进一步加强了降低滚助的作用。

本发明全钢子午线轮胎胎面配方制备工艺设计原理如下：

(1)低滚阻助剂与橡胶、炭黑发生反应才能真正起到降低滚阻作用，为保证真正起到反应，首先要保证发生反应的环境要“纯净”，因此一段混炼过程中投入的材料种类非常关键；通过研究发现，至少10％炭黑预先与滚阻助剂混合才能降低滚阻，根据配方实际炭黑用量，尽可能的增加一段混炼炭黑填充量；

根据前述，一段工艺必须要投入100％的橡胶、10％-100％炭黑，除以上两种材料外，其它材料的投入对反应会到负作用，因此一段混炼工艺投入的材料为橡胶、炭黑，其它材料不允许投入；

(2)其次是反应温度及反应时间，反应温度过高过低，都会导致低滚阻助剂失活；同时该反应需要一定的时间，在高温下其保持持混炼时间长短都会影响到反应效果；通过研究发现，加入低滚阻助剂后，排胶的温度控制在130-160℃，实测排胶温度不允许超过160℃，在130-160℃的混炼温度下，其恒温保持时间不能低于40S，同时也不能超过120S，因为长时间在高温下反应，会使得橡胶降解，橡胶降解会提前消耗掉低滚阻助剂，降低降滚阻效果，同时也会因为降解带来生热，滚阻增大。

综上，使用低滚阻助剂，其工艺设计对于配方的成功非常重要，设计不当，该低滚阻助剂不会起到降低滚阻的作用，还可能起到相反的效果，因此本专利中，使用低滚阻助剂的一段混炼工艺是整个制备工艺的核心。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。