專利名稱：一種含高反式－1,4－聚異戊二烯的高性能輪胎膠料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)的高性能輪胎膠料，系以合成TPI與天然橡膠(NR)、順丁橡膠(BR)、丁苯橡膠(SBR)等共混、共硫化而制得，屬于輪胎材料和橡膠加工技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)代汽車的迅猛發(fā)展要求有高性能的輪胎與之相適應(yīng)，高性能的輪胎要求輪胎材料有優(yōu)良的動態(tài)力學(xué)性能。對于胎面材料動態(tài)性能的評價，根據(jù)各國學(xué)者的長期摸索和實(shí)踐，確立了以低滾動阻力，高牽引性能和高耐磨性能為追求目標(biāo)的理想模型。降低輪胎的滾動阻力最關(guān)鍵的措施之一就是使用新型聚合物材料，目前國際上對于輪胎胎面用聚合物材料的選擇是橡膠合成、橡膠加工領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題。然而至今尚沒有一種彈性體材料包括天然橡膠能夠全部滿足各種輪胎胎面的要求，只能通過選擇各種具有不同特點(diǎn)的聚合物材料并用來滿足使用要求。
合成TPI又稱人工合成杜仲膠或古塔波膠，在室溫下易于結(jié)晶，結(jié)晶熔點(diǎn)約60℃。是一種介于塑料與橡膠之間的特種材料。中國科學(xué)院化學(xué)研究所杜仲膠組曾將杜仲膠硫化成彈性體，并對杜仲膠與NR、BR共混作了初步研究，結(jié)果得到了動態(tài)力學(xué)性能優(yōu)良的彈性體。但杜仲膠天然資源少，提取工藝復(fù)雜，價格昂貴，約是普通天然像膠的十倍，此價格是輪胎材料無論如何不能接受的。而人工合成的TPI，以往采用釩和釩-鈦混合體系溶液聚合方法生產(chǎn)，其成本和價格與杜仲膠相當(dāng)，用于輪胎材料也是不可能的。近年青島化工學(xué)院首次采用負(fù)載鈦高效催化劑本體沉淀聚合方法合成了TPI(中國專利95110352．0)，由于工藝簡單，效率高，其成本可低于合成順式-1，4-聚異戊二烯橡膠(IR)，價格接近NR，這就為合成TPI進(jìn)入輪胎材料領(lǐng)域創(chuàng)造了條件。Goodyear公司曾申請將反式-1，4-聚丁二烯用于輪胎胎面和胎側(cè)的專利(EP 0505904A1和EP 0538700A1)，但將TPI用于橡膠輪胎的還從未見報道。
本發(fā)明的目的在于針對目前輪胎用的膠料難于全面滿足高性能輪胎對滾動阻力、牽引性能和磨耗性能間平衡的要求這一缺點(diǎn)，采用傳統(tǒng)加工方法，配制出一種含有TPI的輪胎膠料，克服了現(xiàn)有輪胎膠料在動態(tài)性能上的不足，達(dá)到滾動阻力、牽引性能和磨耗性能三大行駛性能間的平衡，適合于制作高性能輪胎胎面和胎側(cè)材料。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的基本技術(shù)構(gòu)思和內(nèi)容是，利用TPI與NR、BR、SBR等相容性好，易于共混加工，并且能用普通的硫磺-硫化促進(jìn)劑體系共硫化成彈性體的性質(zhì)，制備出具有定伸強(qiáng)度高、壓縮生熱低、滾動損失小、耐疲勞性能好可用于輪胎胎面、胎側(cè)等部位的橡膠材料。其基本做法是在傳統(tǒng)的輪胎配方中，用TPI取代部分NR、BR、SBR等，其他配合劑基本保持不變，采用傳統(tǒng)的輪胎膠料制備工藝，獲得了滾動損失、牽引能力、磨耗性能綜合平衡的新型材料。
含有高反式-1，4-聚異戊二烯的輪胎膠料是將高反式-1，4-聚異戊二烯這種高分子材料與天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠及其它常規(guī)輔料進(jìn)行二元、三元或四元共混、共硫化而制得，其中所用的高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)為負(fù)載鈦催化異戊二烯本體沉淀聚合方法所合成，未經(jīng)硫化的TPI應(yīng)具有下列特征反式-1，4結(jié)構(gòu)含量≥97％ML3+4，100℃ 30-100拉伸強(qiáng)度 ≥34MPa伸長率 ≥350％熔點(diǎn) 約60℃結(jié)晶度 ≥30％這種高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)的熔點(diǎn)約為60℃，在70-80℃通常的橡膠加工溫度下，具有很好的加工性能和壓出性能，其滾筒行為結(jié)近天然橡膠(NR)，而優(yōu)于順丁橡膠(BR)和丁苯橡膠(SBR)，所以加工環(huán)境良好。
含有高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)的輪胎膠料作為胎面膠料時，其基本組成為(1)橡膠份中TPI的重量含量在5-50％；(2)其余為至少一種以上的其它通用橡膠如NR、BR、SBR等。
(3)按現(xiàn)有常規(guī)輪胎膠料配方比例加入下列輔料，如防老劑、硬脂酸、氧化鋅、炭黑補(bǔ)強(qiáng)劑、硫磺及硫化促進(jìn)劑等。
含有高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)的輪胎膠料作為胎側(cè)膠料時，其基本組成為(1)橡膠份中TPI的重量含量在10-60％；(2)其余為一種或一種以上的其它通用橡膠，如NR、BR、SBR等。
(3)按現(xiàn)有常規(guī)胎側(cè)膠料配方比例加入助劑和硫磺／硫化促進(jìn)劑體系。
含TPI的輪胎膠料的制備按常規(guī)的加工和成型工藝，混煉采用開煉機(jī)、密煉機(jī)均可，適宜的加料順序?yàn)門PI→NR→SBR→BR，每加入一種后應(yīng)充分混和均勻，橡膠全部加完并混合均勻后，再加硬脂酸、氧化鋅、防老劑、加工助劑等，然后加入炭黑和軟化劑，最后加入硫磺／硫化促進(jìn)劑，薄通4-6遍下片。
本發(fā)明所制備成的含有高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)的輪胎膠料與現(xiàn)有輪胎膠料相比，具有膠料外觀質(zhì)量好，充模能力強(qiáng)，加工安全性好，生膠強(qiáng)度和硬度高等突出優(yōu)點(diǎn)，尤其是作為胎面膠料和胎側(cè)膠料時，其耐磨性和拉伸強(qiáng)度等均有明顯優(yōu)勢。
下列表1為本發(fā)明的7個實(shí)施例配方，表2為7個實(shí)施例所獲取的輪胎膠料基本性能。其中1和3為通常不含TPI胎面膠的配方，2和4、5為含TPI胎面膠與之的對比；6為通常不含TPI胎側(cè)膠的配方，7為含TPI的胎側(cè)膠與之的對比。
表1實(shí)施例輪胎材料的基本配方
表1中的1-5號膠料配方所形成的輪胎膠料適合于作胎面膠料，6號和7號膠料配方適合于作胎側(cè)膠料。
表2實(shí)施例的基本性能
從表2可看出，含TPI的膠料，無論是作為胎面膠或胎側(cè)膠，其定伸應(yīng)力都有顯著提高，扯斷永久變形有明顯下降。對于NR／SBR體系，加入TPI還可以提高膠料的回彈性。這些正是TPI能夠降低輪胎滾動阻力、降低功率損耗(節(jié)能)的真正原因。鄧錄普旋轉(zhuǎn)功率損耗測試結(jié)果則進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)，含TPI的膠料，其相對滾動損失和動態(tài)變形都顯現(xiàn)出明顯降低，而動態(tài)溫升在胎面膠中則分別下降了4℃和2℃之多。這些正是高性能輪胎追求的最寶貴性質(zhì)。
表2還可看出，含TPI的膠料，其耐屈撓龜裂和100％拉伸疲勞性能都有不同程度提高。對于NR／SBR體系，這種提高極為明顯。另外，對干濕路面的摩擦系數(shù)含TPI的配方也很優(yōu)秀，特別是對NR／BR并用體系，可認(rèn)為添加TPI是提高其干／濕路面牽引力的有效途徑。
結(jié)論以TPI部分取代天然橡膠或其它合成橡膠制成的含高反式-1，4-聚異戊二烯的輪胎膠料可以獲得滾動阻力、牽引性能、磨耗性能等三大行駛性能較為滿意的綜合平衡，是制造高性能輪胎的較為理想的膠料。
權(quán)利要求
1．一種含有高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)的高性能輪胎膠料，其特征在于采用了高反式-1，4-聚異戊二烯與天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、順丁橡膠(BR)等進(jìn)行二元、三元或四元共混、共硫化而制得，其中所用的高反式-1，4-聚異戊二烯為負(fù)載鈦催化異戊二烯本體沉淀聚合方法所合成，未經(jīng)硫化的TPI特征如下反式-1，4結(jié)構(gòu)含量≥97％ML3+4，100℃ 30-100拉伸強(qiáng)度 ≥34MPa伸長率 ≥350％熔點(diǎn) 約60℃結(jié)晶度 ≥30％
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的含高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)的輪胎材料，其特征在于作為胎面膠時，其基本組成為(1)橡膠份中TPI的重量含量在5-50％，其余為NR和(或)SBR和(或)BR等一種或多種通用橡膠；(2)按常規(guī)胎面膠料配比加入輔料，并用相同(似)的工藝加工。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的含高反式-1，4-聚異戊二烯(TPI)的輪胎材料，其特征在于作為胎側(cè)膠時，其基本組成為(1)橡膠份中TPI的重量含量在10-60％，其余為NR和(或)BR和(或)SBR等至至少一種通用橡膠；(2)按常規(guī)胎側(cè)膠料配比加入助劑和硫磺／硫化促進(jìn)劑體系，并用相同(似)的工藝加工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含有高反式－1,4－聚異戊二烯(TPI)的輪胎材料,系采用常規(guī)的輪胎膠料制備工藝,將TPI與天然橡膠(NR)、丁苯橡膠(SBR)、順丁橡膠(BR)等通用橡膠進(jìn)行二元、三元或四元共混、共硫化而制成。這種膠料用于輪胎的胎面和胎側(cè)材料,可克服現(xiàn)有輪胎材料在動態(tài)性能上的不足,提高耐疲勞性能,降低壓縮生熱,達(dá)到滾動阻力、牽引性能和磨耗性能的綜合平衡,提高輪胎的高速行駛性能。
文檔編號C08J3/24GK1206725SQ9711517
公開日1999年2月3日 申請日期1997年7月28日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月28日
發(fā)明者黃寶琛, 宋景社, 范汝良, 姚薇, 馮玉紅, 史顯宗 申請人:青島化工學(xué)院