一种轮胎胎面胶料组合物及其混炼方法和低滚阻全钢子午线轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，具体涉及一种轮胎胎面胶料组合物及其混炼方法和低滚阻全钢子午线轮胎。

背景技术

轮胎滚动阻力主要是由于轮胎反复变形产生滞后损失从而造成能量损失，而能量是靠燃油供给的，降低轮胎滚动阻力意味着节油。相关研究认为轮胎滚动阻力油耗达整车油耗的15％左右。降低油耗，减少污染物尾气排放，促进生态可持续发展，绿色低滚阻轮胎概念应运而生。米其林公司于1992年首次研发出低滚动阻力轮胎，欧盟、美国等已对乘用车排放(或燃油限)设定了部分标准，我国也在2020年开始对汽车要求实施国六标准。

轮胎胎面配方中生胶体系、补强体系是影响胶料损耗因子tanδ的两大主要因素(tanδ用以表征滚动阻力)。低滚动阻力胎面配方设计，全钢子午线轮胎生胶一般选用天然橡胶NR 为主，部分并用顺丁橡胶BR及溶聚丁苯胶SSBR等。炭黑补强体系容易形成填料网络，滞后损失增加；技术人员一般通过添加白炭黑来降低滞后损失，但白炭黑因其表面活性基团容易团聚，导致其在橡胶中分散困难，通过硅烷偶联作用一定程度上减少了聚集效应，但是含白炭黑配方仍存在加工困难等问题；同时白炭黑比重大，配方中使用白炭黑会使轮胎重量增加，节油效果打折扣。

专利CN110305374 A中在N220与白炭黑的配方中加入活性粉煤灰，提高生产效率降低配方成本，物性微损失5-10％，但因使用白炭黑，分散困难问题尚未解决，并未对磨耗作相关说明。

硅格粉由哈尔滨硅格新材料有限公司生产，是属于生物基粒子，来源于自然界，价格低廉，为天然硅矿石/硅藻土经深度纯化/复合而成。如申请人子公司杭州中策清泉实业有限公司申请的中国发明专利申请(公开号：CN112080161A公开日：20201215)公开了硅格粉主伸展功能，提高橡胶的伸长率，减少形变生热，降低橡胶轮胎的滚动阻力。但由于硅格粉分子内含有较多的活性官能团，直接在橡胶中投加使用时分子内基团相互作用较多，导致硅格粉在橡胶中分散不均匀，形成大颗粒状及块状分布，反而破坏了橡胶的性能。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本申请的目的是提供一种轮胎胎面胶料组合物，该组合物使用硅格粉并用硅烷偶联剂及有机硫代磷酸盐类/磷酸酯类在配方中原位偶联橡胶消除或减弱表面效应，降低生产成本的同时耐磨性损失较小。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种轮胎胎面胶料组合物，该组合物由包括以下组分的原料混炼制得：

作为优选，该组合物由包括以下组分的原料混炼制得：

作为优选，所述生胶选用天然橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶中的一种或两种。

作为优选，所述炭黑用N134或N234，更为优选地使用N134。

作为优选，硅烷偶联剂用双—三乙氧基硅丙基四硫化物、二硫化物或巯基硅烷；有机硫代磷酸盐使用烷基硫代磷酸锌如二硫代磷酸-O,O-二烷基酯锌盐。。

作为优选，硅格粉以天然硅矿石和/或硅藻土经深度纯化、复合而成，具有丰富的微孔结构，比表面积在72-120m

作为优选，该组合物还包括以下成分：

作为优选，所述胎面配方活化剂为硬脂酸和氧化锌。

进一步，本申请还公开了所述的一种轮胎胎面胶料组合物的混炼方法，该方法生胶(天然橡胶/丁苯橡胶或天然橡胶/顺丁胶)塑炼降低粘度，同时保证较好的相分散；加入炭黑与硅格粉，适量硅烷与有机硫代磷酸盐助剂同步加入使生物基多孔微纳表面的少量羟基有机化，从而增强无机补强剂与橡胶有机分子的结合；其余配料在填料基本分散后加入。

作为一种具体实施方式，该方法包括以下的步骤：

第一段塑炼：加入生胶压坨保持20-40s，提坨清扫，再压坨混炼，到135-145℃排胶；

第二段混炼：加入一段塑炼胶、补强填充材料，压坨混炼到120-130℃，加入配合剂压坨保持25-35s，提坨清扫，再压坨混炼到145-155℃排胶；

第三段终炼：加入二段混炼胶和终炼细料，压坨保持30-40s，提坨清扫，再压坨保持 25-35s，提坨清扫，再压坨混炼到100-110℃排胶。

进一步，本申请还公开了一种低滚阻全钢子午线轮胎，该轮胎的胎面胶采用所述的一种轮胎胎面胶料组合物硫化制得。

本发明硅格粉剂属于生物基粒子，来源于自然界，价格低廉，为天然硅矿石/硅藻土经深度纯化/复合而成。尺寸较大导致复合材料受外力作用时补强性能较低，但硅格粉为球形粒子，能够通过自身旋转抵消掉部分外力作用，同时该补强剂含有丰富的纳米微孔结构，表现出空气弹簧作用，显著降低生热的同时抗破坏能力也提升。

相比于白炭黑，硅格粉表面含有少量羟基，团聚性较低；通过改性硅烷偶联剂与硅格粉表面的少量羟基反应，进一步有效减少团聚性，提高加工性能；加入助剂有机硫代磷酸盐类提高橡胶/硅格粉偶联作用程度，以提升部分力学性能。

本发明的有益技术效果体现在：将新硅格粉用于全钢子午线轮胎胎面配方，并用改性剂硅烷及有机硫代磷酸盐，在具有比白炭黑更低生热特性的同时，克服了使用白炭黑分散困难问题，提高胶料加工性能的同时磨耗性能损失较小，并且比重轻，节油，价格低廉，有利于工业化生产，经济价值综合提升。

综上，本发明克服了常规使用低生热填料白炭黑分散困难、低滚阻配方成本高等问题，综合提升胶料各项性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。

对比例1

对比例1的配方设计如下：天然胶100phr，N234 40phr，白炭黑10phr，硅烷偶联剂2phr，活化剂5.5phr，防老剂4020 2phr，RD 1phr，防护蜡1phr，硫磺1.3phr，促进剂1.4phr。

对比例2

对比例2的配方设计如下：天然胶100phr，N234 40phr，硅格粉10phr，硅烷偶联剂2phr，活化剂5.5phr，防老剂4020 2phr，RD 1phr，防护蜡1phr，硫磺1.3phr，促进剂1.5phr。

对比例3

对比例3的配方设计如下：天然胶80phr，顺丁胶20phr，N134 42phr，硅格粉8phr，活化剂5phr，防老剂4020 2phr，RD 1phr，防护蜡1phr，硫磺1.5phr，促进剂1.3phr。

对比例4

对比例4的配方设计如下：天然胶80phr，顺丁胶20phr，N134 42phr，硅格粉8phr，硅烷偶联剂1.5phr，活化剂5phr，防老剂4020 2phr，RD 1phr，防护蜡1phr，硫磺1.5 phr，促进剂1.3phr。

实施例1

实施例1的配方设计如下：天然胶80phr，顺丁胶20phr，N134 42phr，硅格粉8phr，硅烷偶联剂1.5phr，有机硫代磷酸盐0.3phr，活化剂5.5phr，防老剂4020 2phr，RD 1phr，防护蜡1phr，硫磺1.5phr，促进剂1.3phr。

实施例2

实施例2的配方设计如下：天然胶80phr，顺丁胶20phr，N134 38phr，硅格粉12phr，硅烷偶联剂2.0phr，有机硫代磷酸盐0.6phr，活化剂7phr，防老剂4020 2phr，RD 1phr，防护蜡1.5phr，硫磺1.6phr，促进剂1.3phr。

实施例3

实施例3的配方设计如下：天然胶90phr，顺丁胶10phr，N134 44phr，硅格粉6phr，硅烷偶联剂1.0phr，有机硫代磷酸盐0.2phr，活化剂5.5phr，防老剂4020 1.5phr，RD 1phr，防护蜡1.5phr，硫磺1.5phr，促进剂1.4phr。

实施例4

实施例4的配方设计如下：天然胶80phr，丁苯胶20phr，N134 42phr，硅格粉10phr，硅烷偶联剂1.5phr，有机硫代磷酸盐0.5phr，活化剂6phr，防老剂4020 2phr，RD 1phr，防护蜡1.5phr，硫磺1.5phr，促进剂1.4phr。

上述的实施例和对比例的参考工艺如下：

第一段塑炼：加入生胶压坨保持30s，提坨清扫，再压坨混炼，到140℃排胶；

第二段混炼：加入一段塑炼胶、补强填充材料(炭黑+硅格粉+硅烷+有机硫代磷酸盐助剂)，压坨混炼到125℃，加入配合剂压坨保持30s，提坨清扫，再压坨混炼到155℃排胶；

第三段终炼：加入二段混炼胶和终炼细料硫磺促进剂等，压坨保持35sec，提坨清扫，再压坨保持30sec，提坨清扫，再压坨混炼到105℃排胶。

上述制得胎面胶料的主要技术指标如下：

*注：胶料各项性能均是按照国家或行业标准进行测试，硫化条件为151℃x30min。

从配方示例，胎面配方使用硅格粉具有比白炭黑更低的生热性能，但磨耗性能相应损失；在生胶体系天然橡胶并用顺丁橡胶/丁苯橡胶的配方中，使用硅格粉并用硅烷偶联剂生热可降低10％；同时并用硫代磷酸盐生热可降低幅度达30％以上，磨耗性能相对提升10％左右。

根据配方实施例所述，对12R22.5规格成品轮胎按照相应国标规定进行性能测试：滚阻性能值可由5.8降低至4.7，耐久性能值可由95h提升至110h。本申请研究的全钢子午线轮胎胎面具有显著降低滚阻的同时具有较好的耐磨性能。

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。