阅读说明：本技术 一种耐磨耐热的轮胎胎面胶 (Wear-resistant and heat-resistant tire tread rubber ) 是由 魏永灵 于 2019-12-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种耐磨耐热的轮胎胎面胶,制备的轮胎胎面胶具有较好的力学性能、耐磨性能和耐热性能,品质出众,使用寿命长；由于炭黑自身具有较高的表面活性,在橡胶的混炼过程中难分散,易发生聚集形成团聚体,从而削弱复合材料的综合性能,本申请先将炭黑利用氢氧化钠处理,在其表面形成微蚀点,然后加入氯氧化锆、偏磷酸钠、司盘,再滴加氨水,氨水与氯氧化锆反应生成氢氧化锆,其中偏磷酸钠和司盘吸附于微蚀点处,促进了氢氧化锆在微蚀点的附着,焙烧后在炭黑表面生成二氧化锆,降低了炭黑同种填料颗粒间的接触概率,改善填料的分散,在橡胶基体中形成均匀应力集中点,明显提高复合材料的力学性。(The invention discloses wear-resistant and heat-resistant tire tread rubber, which has the advantages of good mechanical property, wear resistance and heat resistance, outstanding quality and long service life; the carbon black has high surface activity and is difficult to disperse in the mixing process of rubber, and aggregation is easy to occur to form aggregates, so that the comprehensive performance of the composite material is weakened.)

一种耐磨耐热的轮胎胎面胶

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，尤其涉及一种耐磨耐热的轮胎胎面胶。

背景技术

轮胎作为汽车重要组成部分，其发挥着支持车辆重量、传送牵引和制动的扭力、保证车轮与路面的附着力、减轻和吸收汽车在行驶时的震动和冲击力、防止汽车零部件受到剧烈震动和早期损坏，保证行驶的安全性、操纵稳定性、舒适性的重要作用。而轮胎胎面胶是轮胎最外层与路面接触而表面印有花纹的一层胶料，通常为橡胶，能使轮胎具有牵引力，缓冲行驶时的冲击和摇摆，防止帘线层的割破和刺穿等，其作用也甚为重要。

在胎面胶制备过程中，填料是其主要原料之一，可以赋予橡胶材料许多优异的性能。传统上，炭黑和白炭黑是橡胶复合材料中普遍使用的补强剂，但是其在使用过程中存在着分散性能差、易团聚、污染环境等缺陷，导致制备的橡胶材料耐磨耐热性能欠佳。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种耐磨耐热的轮胎胎面胶。

本发明通过以下技术方案实现：

一种耐磨耐热的轮胎胎面胶，由以下重量份的原料制成：

天然橡胶50-60，丁苯橡胶20-30，氟硅橡胶10-20，改性煤矸石10-20，炭黑氧化锆复合物15-20，硫磺5-7，甲基丙烯酸锌5-10，硬脂酸10-12；

所述改性煤矸石制备方法为：

将以重量份计的10-20份煤矸石在行星式高能球磨机中球磨至粒径为100-200μm，然后将其分散至其体积50-100倍的去离子水中，形成分散液，加热至30-32℃，向其中加入3-5份活性干酵母，然后加入4-6份海藻糖、10-12份玉米粉、3-6份菌菇渣，搅拌均匀后，在30-32℃下静置发酵40-60min，然后向其中加入5-10份2—甲基—1，3—丁二烯（异戊二烯），5-10份精氨酸，在40-50℃、100-120rpm下搅拌2-3h后，冷却、过滤，干燥至恒重，得到改性煤矸石；利用活性干酵母，同时加入海藻糖、玉米粉、菌菇渣，协同对煤矸石进行发酵，使发酵产得的有机物质附着与煤矸石表面，使煤矸石离散性提高，层间距扩大，然后加入2—甲基—1，3—丁二烯（异戊二烯）和精氨酸，通过发酵产物的作用，在煤矸石表面吸附大量极性基团，提高了煤矸石与橡胶基底的相容性，提高其与基体间界面相互作用，从而增强目标材料的拉伸强度和撕裂强度。

进一步的，其制备方法包括以下步骤：

（1）将天然橡胶加入开炼机中，然后向其中加入异氰尿酸三缩水甘油酯、三乙醇胺，延压3-5次，向其中加入丁苯橡胶、氟硅橡胶，延压2-3次后，薄通8-12次得到改性胶料；

（2）将步骤（1）所得改性胶料中加入改性煤矸石、炭黑氧化锆复合物、硫磺、甲基丙烯酸锌、硬脂酸，进行混炼20-30min，然后进行硫化，最后模压成型即可。

进一步的，所述炭黑氧化锆复合物制备方法为：将15-20份炭黑加入其体积5-10倍的氢氧化钠溶液中，在-0.08～-0.1MPa下放置1-2h，过滤，然后分散于5-10倍体积的去离子水中，向其中加入5-8份氯氧化锆，在30-35℃、200-300rpm下搅拌20-30min，再加入3-5份偏磷酸钠，2-3份司盘，继续搅拌20-30min后，提高搅拌速度至400-500rpm，升温至50-60℃，向其中滴加10-20份饱和氨水，滴加完毕后继续搅拌30-40min，然后静置1-2h，将所得物过滤，然后冷冻干燥，球磨，至粒径为100-300nm，然后在600-640℃下煅烧2-3h，冷却，得到炭黑氧化锆复合物；将炭黑利用氢氧化钠处理，在其表面形成微蚀点，然后加入氯氧化锆、偏磷酸钠、司盘，再滴加氨水，氨水与氯氧化锆反应生成氢氧化锆，其中偏磷酸钠和司盘吸附于微蚀点处，促进了氢氧化锆在微蚀点的附着，焙烧后在炭黑表面生成二氧化锆，降低了炭黑同种填料颗粒间的接触概率，改善填料的分散，在橡胶基体中形成均匀应力集中点，明显提高复合材料的力学性，同时，所得的炭黑氧化锆复合物具有更高的硬度、耐磨性和热稳定性，因此，提升了目标材料的耐磨性能和耐热性能。

进一步的，所述硫化条件为158-160℃，8.2-8.6MPa，15-20min。

进一步的，所述氢氧化钠溶液浓度为2-4%。

本发明的有益效果：本发明制备的轮胎胎面胶具有较好的力学性能、耐磨性能和耐热性能，品质出众，使用寿命长；由于炭黑自身具有较高的表面活性，在橡胶的混炼过程中难分散, 易发生聚集形成团聚体，从而削弱复合材料的综合性能，本申请先将炭黑利用氢氧化钠处理，在其表面形成微蚀点，然后加入氯氧化锆、偏磷酸钠、司盘，再滴加氨水，氨水与氯氧化锆反应生成氢氧化锆，其中偏磷酸钠和司盘吸附于微蚀点处，促进了氢氧化锆在微蚀点的附着，焙烧后在炭黑表面生成二氧化锆，降低了炭黑同种填料颗粒间的接触概率，改善填料的分散，在橡胶基体中形成均匀应力集中点，明显提高复合材料的力学性，同时，所得的炭黑氧化锆复合物具有更高的硬度、耐磨性和热稳定性，因此，提升了目标材料的耐磨性能和耐热性能；煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石，通常呈薄层，成本低，对其进行合理利用不仅促进了资源的回收利用，同时显著降低成本，本申请利用活性干酵母，同时加入海藻糖、玉米粉、菌菇渣，协同对煤矸石进行发酵，使发酵产得的有机物质附着与煤矸石表面，使煤矸石离散性提高，层间距扩大，然后加入2—甲基—1，3—丁二烯（异戊二烯）和精氨酸，通过发酵产物的作用，在煤矸石表面吸附大量极性基团，提高了煤矸石与橡胶基底的相容性，提高其与基体间界面相互作用，从而增强目标材料的拉伸强度和撕裂强度；本申请所得炭黑氧化锆复合物与改性煤矸石存在协同分散作用，其中炭黑氧化锆复合物粒径小，硬度大，改性煤矸石为薄层结构，两种填料配合后，由于滚珠效应，炭黑氧化锆复合物可以促进改性煤矸石在橡胶基体中的分散，进一步提高目标材料的性能。

具体实施方式

下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。

实施例1

一种耐磨耐热的轮胎胎面胶，由以下重量份的原料制成：

天然橡胶50，丁苯橡胶20，氟硅橡胶10，改性煤矸石10，炭黑氧化锆复合物15，硫磺5，甲基丙烯酸锌5，硬脂酸10；

所述改性煤矸石制备方法为：

将以重量份计的10份煤矸石在行星式高能球磨机中球磨至粒径为100μm，然后将其分散至其体积50倍的去离子水中，形成分散液，加热至30℃，向其中加入3份活性干酵母，然后加入4份海藻糖、10份玉米粉、3份菌菇渣，搅拌均匀后，在30℃下静置发酵40min，然后向其中加入5份2—甲基—1，3—丁二烯（异戊二烯），5份精氨酸，在40℃、100rpm下搅拌2h后，冷却、过滤，干燥至恒重，得到改性煤矸石。

进一步的，其制备方法包括以下步骤：

（1）将天然橡胶加入开炼机中，然后向其中加入异氰尿酸三缩水甘油酯、三乙醇胺，延压3次，向其中加入丁苯橡胶、氟硅橡胶，延压2次后，薄通8次得到改性胶料；

（2）将步骤（1）所得改性胶料中加入改性煤矸石、炭黑氧化锆复合物、硫磺、甲基丙烯酸锌、硬脂酸，进行混炼20min，然后进行硫化，最后模压成型即可。

进一步的，所述炭黑氧化锆复合物制备方法为：将15份炭黑加入其体积5倍的氢氧化钠溶液中，在-0.08MPa下放置1h，过滤，然后分散于5倍体积的去离子水中，向其中加入5份氯氧化锆，在30℃、200rpm下搅拌20min，再加入3份偏磷酸钠，2份司盘，继续搅拌20min后，提高搅拌速度至400rpm，升温至50℃，向其中滴加10份饱和氨水，滴加完毕后继续搅拌30min，然后静置1h，将所得物过滤，然后冷冻干燥，球磨，至粒径为100nm，然后在600℃下煅烧2h，冷却，得到炭黑氧化锆复合物。

进一步的，所述硫化条件为158℃，8.2MPa，15min。

进一步的，所述氢氧化钠溶液浓度为2%。

实施例2

一种耐磨耐热的轮胎胎面胶，由以下重量份的原料制成：

天然橡胶55，丁苯橡胶25，氟硅橡胶15，改性煤矸石15，炭黑氧化锆复合物17，硫磺6，甲基丙烯酸锌8，硬脂酸11；

所述改性煤矸石制备方法为：

将以重量份计的15份煤矸石在行星式高能球磨机中球磨至粒径为150μm，然后将其分散至其体积80倍的去离子水中，形成分散液，加热至31℃，向其中加入4份活性干酵母，然后加入5份海藻糖、11份玉米粉、4份菌菇渣，搅拌均匀后，在31℃下静置发酵50min，然后向其中加入7份2—甲基—1，3—丁二烯（异戊二烯），8份精氨酸，在45℃、110rpm下搅拌3h后，冷却、过滤，干燥至恒重，得到改性煤矸石。

进一步的，其制备方法包括以下步骤：

（1）将天然橡胶加入开炼机中，然后向其中加入异氰尿酸三缩水甘油酯、三乙醇胺，延压4次，向其中加入丁苯橡胶、氟硅橡胶，延压3次后，薄通10次得到改性胶料；

（2）将步骤（1）所得改性胶料中加入改性煤矸石、炭黑氧化锆复合物、硫磺、甲基丙烯酸锌、硬脂酸，进行混炼25min，然后进行硫化，最后模压成型即可。

进一步的，所述炭黑氧化锆复合物制备方法为：将18份炭黑加入其体积7倍的氢氧化钠溶液中，在-0.09MPa下放置2h，过滤，然后分散于7倍体积的去离子水中，向其中加入7份氯氧化锆，在32℃、240rpm下搅拌25min，再加入4份偏磷酸钠，3份司盘，继续搅拌25min后，提高搅拌速度至450rpm，升温至55℃，向其中滴加15份饱和氨水，滴加完毕后继续搅拌35min，然后静置2h，将所得物过滤，然后冷冻干燥，球磨，至粒径为200nm，然后在620℃下煅烧2.5h，冷却，得到炭黑氧化锆复合物。

进一步的，所述硫化条件为159℃，8.4MPa，18min。

进一步的，所述氢氧化钠溶液浓度为3%。

实施例3

一种耐磨耐热的轮胎胎面胶，由以下重量份的原料制成：

天然橡胶60，丁苯橡胶30，氟硅橡胶20，改性煤矸石20，炭黑氧化锆复合物20，硫磺7，甲基丙烯酸锌10，硬脂酸12；

所述改性煤矸石制备方法为：

将以重量份计的20份煤矸石在行星式高能球磨机中球磨至粒径为200μm，然后将其分散至其体积100倍的去离子水中，形成分散液，加热至32℃，向其中加入5份活性干酵母，然后加入6份海藻糖、12份玉米粉、6份菌菇渣，搅拌均匀后，在32℃下静置发酵60min，然后向其中加入10份2—甲基—1，3—丁二烯（异戊二烯），10份精氨酸，在50℃、120rpm下搅拌3h后，冷却、过滤，干燥至恒重，得到改性煤矸石。

进一步的，其制备方法包括以下步骤：

（1）将天然橡胶加入开炼机中，然后向其中加入异氰尿酸三缩水甘油酯、三乙醇胺，延压5次，向其中加入丁苯橡胶、氟硅橡胶，延压3次后，薄通12次得到改性胶料；

（2）将步骤（1）所得改性胶料中加入改性煤矸石、炭黑氧化锆复合物、硫磺、甲基丙烯酸锌、硬脂酸，进行混炼-30min，然后进行硫化，最后模压成型即可。

进一步的，所述炭黑氧化锆复合物制备方法为：将20份炭黑加入其体积10倍的氢氧化钠溶液中，在-0.1MPa下放置2h，过滤，然后分散于10倍体积的去离子水中，向其中加入8份氯氧化锆，在35℃、300rpm下搅拌30min，再加入5份偏磷酸钠，3份司盘，继续搅拌30min后，提高搅拌速度至500rpm，升温至60℃，向其中滴加20份饱和氨水，滴加完毕后继续搅拌40min，然后静置2h，将所得物过滤，然后冷冻干燥，球磨，至粒径为300nm，然后在640℃下煅烧3h，冷却，得到炭黑氧化锆复合物。

进一步的，所述硫化条件为160℃，8.6MPa，20min。

进一步的，所述氢氧化钠溶液浓度为4%。

性能测试：

各组所得样品的拉力试验采用6.00mm裁刀制哑铃片，拉伸速率为500mm/min，对其拉伸强度进行测试。

撕裂实验采用1mm裁刀制裤形片，拉伸速率为100mm/min，对其撕裂强度进行测试。

利用阿克隆磨耗试验，对各组实施例和对比实施例所得样品的耐磨性能进行测试；

测试结果如表1所示：

表1

	拉伸强度（MPa）	撕裂强度（KN/m）	耐磨性（cm<sup>3</sup>）
				实施例1	17.58	38.62	0.055
实施例2	18.21	40.28	0.052
				实施例3	17.63	39.36	0.056

由表1可以看出，本发明制备的轮胎胎面胶材料具有较高的拉伸强度和撕裂强度，并且，其耐磨性能较好。

对各组制得的样品进行热空气老化试验，按照GB/T3512-2001标准测试，老化条件：175℃，96h；并对老化前后的样品进行拉伸强度测试。测试结果如表2所示：

表2

	老化前拉伸强度（MPa）	老化后拉伸强度（MPa）	差值（MPa）
				实施例1	17.58	17.12	0.46
实施例2	18.21	17.83	0.38
				实施例3	17.63	17.20	0.43

由表2可以看出，本发明制备的胎面胶具有较好的耐热性能。