高导热轮胎硫化胶囊组合物及其胶囊的生产方法
阅读说明：本技术 高导热轮胎硫化胶囊组合物及其胶囊的生产方法 (High-thermal-conductivity vulcanized tire capsule composition and production method of capsule thereof ) 是由 丁木 贾进义 李威 赵光芳 王大鹏 于 2021-08-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及轮胎生产技术领域,具体地说是一种高导热轮胎硫化胶囊组合物及其胶囊的生产方法。以100重量份的丁基橡胶为基准,还包含,氯丁橡胶4-6,炭黑N220 27-33,超导乙炔炭黑20-25,碳纳米管3-6,玉米油6-10,分散剂Aflux 2-4,氧化锌5-8,酚醛树脂7-9。使用前述组合物生产硫化胶囊的工艺包括胶料混炼、滤胶、硫化胶囊、二次硫化、打磨制品。胶料混炼分两段：母胶和终炼胶。终炼胶经滤胶机和开炼机制成长方形胶条,再由注射式胶囊硫化机制成硫化胶囊,最后经过二次硫化和打磨得到胶囊制品。本发明的高导热轮胎硫化胶囊配方中添加的碳纳米管显著提高了胶囊的导热性能,同时添加玉米油保证胶料较好的伸长率和硬度,胶囊的老化平均寿命超过500次。(The invention relates to the technical field of tire production, in particular to a high-thermal-conductivity tire vulcanized capsule composition and a production method of a capsule thereof. Based on 100 parts by weight of butyl rubber, the coating also comprises 4-6 parts of chloroprene rubber, 22027-33 parts of carbon black, 20-25 parts of superconducting acetylene carbon black, 3-6 parts of carbon nano tubes, 6-10 parts of corn oil, 2-4 parts of dispersing agent Aflux, 5-8 parts of zinc oxide and 7-9 parts of phenolic resin. The process for producing the curing bladder by using the composition comprises rubber material mixing, rubber filtering, curing bladder, secondary curing and polishing products. The rubber material mixing is divided into two sections: a master batch and a final batch. And (3) preparing the final rubber compound into a rectangular rubber strip by a rubber filter and an open mill, preparing a vulcanized capsule by an injection capsule vulcanizing machine, and finally performing secondary vulcanization and polishing to obtain a capsule product. The carbon nano tube added in the formula of the high-thermal-conductivity tire curing bladder remarkably improves the thermal conductivity of the bladder, and simultaneously, the corn oil is added to ensure that the rubber material has better elongation and hardness, and the aging average life of the bladder exceeds 500 times.)
技术领域
本发明涉及轮胎生产技术领域，具体地说是一种高导热轮胎硫化胶囊组合物及其胶囊的生产方法。
背景技术
众所周知，轮胎的生产过程需要经过混炼、压出、成型、硫化等多道工序。在轮胎硫化时，将成型后的胎坯装入硫化机，外有模具，内有胶囊，硫化时需向硫化胶囊内注入过饱和蒸汽及氮气等，通过硫化胶囊的膨胀压力使胎坯充满整个模具，在模具和胶囊的共同作用下，通过一定的时间、温度、压力将轮胎硫化完成。
胎胚在硫化过程中，外部接触钢制模具，导热性能好，传热速度快。内部接触硫化胶囊，而硫化胶囊属于橡胶制品，导热性能较差，因此，要缩短轮胎硫化时间，提高硫化效率，有必要考虑提高硫化胶囊的导热性能，能够在单位时间内提供更多的热量给胎胚，从而达到提高硫化生产率的目的。
轮胎硫化胶囊的使用温度多在170～210℃，硫化胶囊内部的介质通常为过饱和蒸汽(或饱和蒸汽)、过热水、高压氮气等，在轮胎硫化过程中，硫化胶囊需要承受高温高压、反复曲挠拉伸变形等，使用条件苛刻。
针对以上提到的使用条件，轮胎硫化胶囊设计需要考虑提高胶囊的导热系数、耐老化性能，同时还要保证硫化胶囊具有良好的拉伸强度、扯断伸长率、撕裂性能等性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的不足，提供一种高导热轮胎硫化胶囊组合物及其胶囊的生产方法，硫化胶囊不仅要有良好的导热性能，较高的导热系数；同时还要具有良好的的拉伸强度、耐老化、耐撕裂等性能，确保高导热轮胎硫化胶囊的使用满足一定使用次数。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种高导热轮胎硫化胶囊组合物，其特征是，以100重量份的丁基橡胶为基准，还包含，氯丁橡胶4-6，炭黑N220 27-33，超导乙炔炭黑20-25，碳纳米管3-6，玉米油6-10，分散剂Aflux 2-4，氧化锌5-8，酚醛树脂7-9。
所述的碳纳米管的堆密度为0.010-0.060g/cm3,比表面积240-300m2/g,电阻率800-1200μΩ·m，聚集粒径≤25μm。
所述的酚醛树脂为两种硫化树脂SP-1045和SP-1055的混合物，其中SP-1045与SP-1055的重量份数之比为2:1。
一种使用前述高导热轮胎硫化胶囊组合物生产胶囊的生产方法，其特征在于，整个生产工艺包括胶料混炼、滤胶、硫化胶囊、二次硫化，其中，胶料混炼包括两段：母胶和终炼胶，(1)母胶混炼，母胶混炼包括以下步序：将丁基橡胶、氯丁橡胶、氧化锌一起投入密炼机中，关闭加料门，压上顶栓，密炼机混炼45秒，升上顶栓，设备自动注入全部炭黑N220和1/2超导乙炔炭黑，降上顶栓，密炼机混炼80秒，升上顶栓，加料门打开，投入碳纳米管，关闭加料门，注入剩余的1/2超导乙炔炭黑，降上顶栓，持续混炼至胶料温度上升到105～115℃，升上顶栓，开加料门，加入分散剂Aflux，关闭加料门，注入玉米油，降上顶栓，继续混炼，密炼机转子转速30～35转/分钟，混炼时间5～7分钟，待胶料温度上升到165℃～175℃，排料门打开，胶料经双螺杆挤出机挤出厚度8mm*宽度1000mmm胶片，过隔离剂槽，在风冷架上冷却至室温，得到母胶；(2)终炼胶混炼，终炼胶混炼包含以下步序：将母胶投入密炼机，降上顶栓，混炼45秒，升上顶栓，开加料门，加硫化树脂，关闭加料门，降上顶栓，持续混炼至胶料温度上升到80～85℃，升上顶栓保持10-15秒后，降上顶栓，密炼机转子转速30～35转/分钟，混炼时间3～5分钟，持续混炼至胶料温度上升到105℃～115℃，排料门打开，胶料经双螺杆挤出机挤出厚度8mm*宽度1000mmm胶片，过隔离剂槽，在风冷架上冷却至室温，得到终炼胶片；(3)滤胶，滤胶机为冷喂料销钉式挤出机，螺杆直径250mm，挤出机各段温度设置为：喂料段45～65℃，塑化段55～75℃，挤出段为65～85℃，机头段75～95℃，挤出速度15～25米/分钟，挤出胶温度不超过100℃，终炼胶先经滤胶机，再过开炼机，制得断面为70mm*30mm长方形连续胶条；(4)硫化胶囊，将步骤(3)中制得的胶条装入注射机中预热塑化，注射机螺杆温度55～65℃，胶料经计量装置称重，按照硫化后胶囊标准重量的1.05～1.07倍注入胶囊模具的模腔中，螺杆压力16～18MPa，注射时间≤35秒，胶料在硫化机中经过一定的时间、温度、压力制成硫化胶囊；(5)二次硫化，将步骤(4)中制得的硫化胶囊在硫化罐中二次硫化，温度140℃，时间4小时，压力1.0Mpa；(6)二次硫化后的胶囊经打磨处理得到成品。
所述的母胶中添加的碳纳米管需要用聚乙烯袋密封包装，单独投料，聚乙烯袋的熔点≤110℃，拉伸强度≥12MPa，丙酮抽出物≤1.2％。
所述的母胶混炼时密炼机的填充系数0.90～0.92，终炼胶混炼时密炼机的填充系数0.88～0.90。
所述的终炼胶混炼时上顶栓压力为母胶混炼时的上顶栓压力的75％～80％。
所述的步骤(3)中胶料过滤时，滤胶机机头内置双层40目滤网。
所述的步骤(4)中的胶囊硫化温度180～190℃，硫化时间45～55分钟，压力≥16MPa。
本发明的有益效果是，与普通胶囊相比，导热系数提高了约60％，可以节省轮胎硫化时间约5％；胶囊物性满足要求，使用性能良好，本发明公开的高导热轮胎硫化胶囊的老化平均寿命500次以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
高导热轮胎硫化胶囊配方按照重量份数包括丁基橡胶100，氯丁橡胶4，炭黑N22027，超导乙炔炭黑22，碳纳米管6，玉米油10，分散剂Aflux 4，氧化锌5，酚醛树脂9。本发明公开的高导热轮胎硫化胶囊的生产工艺总体包括胶料混炼、滤胶、硫化胶囊、二次硫化、打磨制品等。其中胶料混炼包括两段：母胶和终炼胶。以下对整个胶囊生产工艺详细说明：(1)母胶混炼。母胶混炼的详细步序如下：将丁基橡胶、氯丁橡胶、氧化锌一起投入密炼机中，关闭加料门，混炼45秒，升上顶栓，密炼机自动注入全部炭黑N220和1/2超导乙炔炭黑，降上顶栓，密炼机混炼80秒，升上顶栓，加料门打开，投入碳纳米管，关闭加料门，注入剩余1/2超导乙炔炭黑，降上顶栓，继续混炼至胶料温度升到105℃，升上顶栓，开加料门，加入分散剂Aflux，再关闭加料门，注入玉米油，降上顶栓，继续混炼，密炼机转子转速35转/分钟，混炼时间5分钟，待胶料温度上升到165℃，排料门打开，胶料排出，经双螺杆挤出胶片(厚度8mm*宽度1000mmm)，过隔离剂槽，在风冷架上冷却至室温，得到母胶。(2)终炼胶混炼。终炼胶混炼的详细步序如下：将母胶投入密炼机，降上顶栓，胶料混炼45秒，升上顶栓，开加料门，加入硫化树脂，关闭加料门，降上顶栓，持续混炼至胶料温度上升到80℃，升上顶栓，保持15秒，降上顶栓，密炼机转子转速35转/分钟，混炼时间3分钟，胶料温度上升到105℃，排料门打开，胶料排出，经双螺杆挤出胶片(厚度8mm*宽度1000mmm)，过隔离剂槽，在风冷架上冷却至室温，得到终炼胶。(3)滤胶。滤胶机为冷喂料销钉式挤出机，螺杆直径250mm。挤出机不同部位的温度设置如下：喂料段45～65℃，塑化段55～75℃，挤出段为65～85℃，机头段75～95℃，挤出速度15米/分钟，挤出胶温度不超过100℃，终炼胶先经滤胶机，再过开炼机，制得断面为长方形(70mm*30mm)的连续胶条。(4)硫化胶囊。将步骤(3)中制得的胶条装入注射机中预热塑化，注射机螺杆温度55～65℃；胶料经计量装置称重，按照硫化后胶囊标准重量的1.05倍注入胶囊模具的模腔中，螺杆压力18MPa，注射时间≤35秒；胶囊硫化温度190℃，硫化时间45分钟，压力≥16MPa，制成硫化胶囊。(5)二次硫化。将步骤(4)中制得的硫化胶囊进行二次硫化，温度140℃，时间4小时，压力1.0Mpa。(6)二次硫化的胶囊经打磨处理得到成品。
将本发明中的高导热轮胎硫化胶囊与普通轮胎胶囊、国内其它公司的高导热胶囊使用Hot Disk热常数分析仪进行了导热系数检测，具体结果如下：不同胶囊导热系数如下表：
普通胶囊
高导热胶囊
国内某公司高导热胶囊
导热系数(W/m*K)
0.2532
0.4054
0.4025
与普通胶囊的导热系数0.2532W/m*K相比，本发明公开的高导热轮胎硫化胶囊的导热系数0.4054W/m*K，提高了约60％。与普通胶囊配方相比，本发明公开的高导热胶囊配方加入的填料(炭黑N220、超导乙炔炭黑、碳纳米管)的种类和用量较多，可能影响胶囊老化后的使用。因此，为了验证本发明公开的高导热轮胎硫化胶囊老化前后的物性是否稳定，特取胶料进行了相关性能检测，具体结果如下：
从上表可见，本发明公开的高导热轮胎硫化胶囊与普通胶囊相比，拉伸强度、伸长率、永久变形等各项性能稳定。
实施例2
高导热轮胎硫化胶囊配方按照重量份数包括丁基橡胶100，氯丁橡胶5，炭黑N22030，超导乙炔炭黑20，碳纳米管5，玉米油8，分散剂Aflux 3，氧化锌6，酚醛树脂8。本发明公开的高导热轮胎硫化胶囊的生产工艺总体包括胶料混炼、滤胶、硫化胶囊、二次硫化、打磨制品等。其中胶料混炼包括两段：母胶和终炼胶。以下对整个生产工艺进行详细说明：(1)母胶混炼。母胶混炼的详细步序如下：将丁基橡胶、氯丁橡胶、氧化锌一起投入密炼机中，关闭加料门，混炼45秒，升上顶栓，密炼机自动注入全部炭黑N220和1/2超导乙炔炭黑，降上顶栓，密炼机混炼80秒，升上顶栓，加料门打开，投入碳纳米管，关闭加料门，注入剩余1/2超导乙炔炭黑，降上顶栓，继续混炼至胶料温度升到110℃，升上顶栓，开加料门，加入分散剂Aflux，再关闭加料门，注入玉米油，降上顶栓，继续混炼，密炼机转子转速32转/分钟，混炼时间6分钟，待胶料温度上升到170℃，排料门打开，胶料排出，经双螺杆挤出胶片(厚度8mm*宽度1000mmm)，过隔离剂槽，在风冷架上冷却至室温，得到母胶。(2)终炼胶混炼。终炼胶混炼的详细步序如下：将母胶投入密炼机，降上顶栓，胶料混炼45秒，升上顶栓，开加料门，加入硫化树脂，关闭加料门，降上顶栓，持续混炼至胶料温度上升到83℃，升上顶栓，保持12秒，降上顶栓，密炼机转子转速32转/分钟，混炼时间4分钟，胶料温度上升到110℃，排料门打开，胶料排出，经双螺杆挤出胶片(厚度8mm*宽度1000mmm)，过隔离剂槽，在风冷架上冷却至室温，得到终炼胶。(3)滤胶。滤胶机为冷喂料销钉式挤出机，螺杆直径250mm。挤出机不同部位的温度设置如下：喂料段45～65℃，塑化段55～75℃，挤出段为65～85℃，机头段75～95℃，挤出速度20米/分钟，挤出胶温度不超过100℃，终炼胶先经滤胶机，再过开炼机，制得断面为长方形(70mm*30mm)的连续胶条。(4)硫化胶囊。将步骤(3)中制得的胶条装入注射机中预热塑化，注射机螺杆温度55～65℃；胶料经计量装置称重，按照硫化后胶囊标准重量的1.06倍注入胶囊模具的模腔中，螺杆压力17MPa，注射时间≤35秒；胶囊硫化温度185℃，硫化时间50分钟，压力≥16MPa，制成硫化胶囊。(5)二次硫化。将步骤(4)中制得的硫化胶囊进行二次硫化，温度140℃，时间4小时，压力1.0Mpa。(6)二次硫化的胶囊经打磨处理得到成品。
实施例3
高导热胶囊配方按照重量份数包括丁基橡胶100，氯丁橡胶6，炭黑N220 33，超导乙炔炭黑25，碳纳米管3，玉米油6，分散剂Aflux 2，氧化锌7，酚醛树脂7。本发明公开的高导热胶囊的生产工艺总体包括胶料混炼、滤胶、硫化胶囊、二次硫化、打磨制品等。其中胶料混炼包括两段：母胶和终炼胶。以下对整个生产工艺进行详细说明：(1)母胶混炼。母胶混炼的详细步序如下：将丁基橡胶、氯丁橡胶、氧化锌一起投入密炼机中，关闭加料门，混炼45秒，升上顶栓，密炼机自动注入全部炭黑N220和1/2超导乙炔炭黑，降上顶栓，密炼机混炼80秒，升上顶栓，加料门打开，投入碳纳米管，关闭加料门，注入剩余1/2超导乙炔炭黑，降上顶栓，继续混炼至胶料温度升到115℃，升上顶栓，开加料门，加入分散剂Aflux，再关闭加料门，注入玉米油，降上顶栓，继续混炼，密炼机转子转速30转/分钟，混炼时间7分钟，待胶料温度上升到175℃，排料门打开，胶料经双螺杆挤出胶片(厚度8mm*宽度1000mmm)，过隔离剂槽，在风冷架上冷却至室温，得到母胶。(2)终炼胶混炼。终炼胶混炼的详细步序如下：将母胶投入密炼机，降上顶栓，胶料混炼45秒，升上顶栓，开加料门，加入硫化树脂，关闭加料门，降上顶栓，持续混炼至胶料温度上升到85℃，升上顶栓，保持10秒，降上顶栓，密炼机转子转速30转/分钟，混炼时间5分钟，胶料温度上升到115℃，排料门打开，胶料经双螺杆挤出胶片(厚度8mm*宽度1000mmm)，过隔离剂槽，在风冷架上冷却至室温，得到终炼胶。(3)滤胶。滤胶机为冷喂料销钉式挤出机，螺杆直径250mm。挤出机不同部位的温度设置如下：喂料段45～65℃，塑化段55～75℃，挤出段为65～85℃，机头段75～95℃，挤出速度18米/分钟，挤出胶温度不超过100℃，终炼胶先经滤胶机，再过开炼机，制得断面为长方形(70mm*30mm)的连续胶条。(4)硫化胶囊。将步骤(3)中制得的胶条装入注射机中预热塑化，注射机螺杆温度55～65℃；胶料经计量装置称重，按照硫化后胶囊标准重量的1.07倍注入胶囊模具的模腔中，螺杆压力18MPa，注射时间≤35秒；胶囊硫化温度180℃，硫化时间55分钟，压力≥16MPa，制成硫化胶囊。(5)二次硫化。将步骤(4)中制得的硫化胶囊进行二次硫化，温度140℃，时间4小时，压力1.0Mpa。(6)二次硫化的胶囊经打磨得到成品。
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