赛车用高性能轮胎胎面胶

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赛车用高性能轮胎胎面胶

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    本文介绍一种可以提高在低温条件下以及在高温条件下的抓着性、耐久性和耐磨性的赛车用高性能轮胎胎面用胶料。

. E- D' h- X0 a+ }! F    赛车用轮胎胎面胶，一般要求采用抓着性和耐磨性均为优越的胶料。以往为了得到较高的抓着性能，常使用的方法是配合玻璃化转变温度(Ta)比较高的丁苯橡胶(SBR)，但这种胶料与温度的相关性比较大，因而由于温度的变化所产生的性能变化比较大。
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3 M' e/ R8 \, p- y; C    另外，还有配合软化点较高的树脂以替代操作油的方法，但如果替代量较多时，由于受到树脂的影响，与温度的相关性也将会增大。另外还有大量配合软化剂和炭黑，或者使用小粒径炭黑的方法，但炭黑的分散性恶化，耐磨耗性将会降低。
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7 a6 }  m# o$ u  Q. k    在日本专利特开2005-154696号公报中提出的轮胎胎面用胶料，是在含有SBR的橡胶成分中配合一定量的具有特定低分子量的苯乙烯-丁二烯共聚物树脂和软化剂(或者增塑剂)来提高抓着性和耐磨性能的。但是该公报中没有提到抓着性能与温度的相关性，另外，在抓着性能以及耐磨性方面还有进一步改善的余地。

    本文提供一种可以提高在低温及高温条件下的抓着性能、耐久性和耐磨性的橡胶胶料以及使用这种胶料的高性能轮胎。
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# S. t, a5 u( ~" n    1  本专利介绍
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$ J; ]. Y. B/ n/ u* D# b7 z/ O    本文所提供的橡胶胶料是在100份SBR(A)中，配合10份以上的重均分子量为1000-5000的液体丁苯橡胶(B)和5份以上的芳香族石油树脂(C)。
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3 U5 U# G+ v+ `- }    其中，芳香族石油树脂(C)最好是酚醛树脂；而液体丁苯橡胶(B)的氢化率最好是在60%以下。

    本文所提供的高性能轮胎，采用上述胶料制成。
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8 j2 V# j/ }/ _; ]    按照本文所介绍的方法，在含有SBR的橡胶成分中配合低分子量的液体丁苯橡胶及芳香族石油树脂，可制得在低温和高温条件下抓着性能、耐久性及耐磨性较好的胶料，采用这种胶料可制成高性能轮胎。
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    如上所述，本文所介绍的橡胶胶料由(A)橡胶成分、(B)液体丁苯橡胶(液体SBR)及(C)芳香族石油树脂组成。在橡胶成分(A)中含有丁苯橡胶(SBR)。

7 G+ n8 `: g' _. o    在橡胶成分(A)中，SBR的苯乙烯含量(质量)应为25%～50%，较好者为30%～50%，最好是30%～45%。如果SBR的苯乙烯含量不足25%时，则不能得到充分的抓着性能。反之，如果SBR的苯乙烯含量超过50%时，不仅耐磨性将会降低，而且与温度的相关性增大，在温度变化时胶料性能的变化较大。
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    橡胶成分(A)中的SBR含量(质量)应在60%以上，较好者在80%以上，最好是100%，即全部采用SBR。如果SBR的含量不足60%时，则抓着力性能将会降低。
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: I  I. Y" ~2 c" K    另外，橡胶成分(A)可以含有SBR以外的橡胶成分。作为其他的橡胶成分，可列举的有；顺式1,4-聚异戊二烯(1R)，低顺式1,4-聚丁二烯(BR)、高顺式1,4-聚丁二烯，乙烯-丙烯-二烯系橡胶(EPDM)，氯丁橡胶(CR)，卤化丁基橡胶(X-IIR)，丁腈橡胶(NBR)，天然橡胶(NR)等，没有特别的限定。这些SBR之外的橡胶成分，可以在本文所使用的橡胶成分中含有一种或者几种。液体SBR(B)的玻璃化转变温度(Tg)应为-60℃～-20℃，较好者为-50℃～-20℃，最好是-50℃～-30℃。如果Tg低于-60℃时，则能耗较低，达不到所要求的抓着力。反之，如果Tg高于-20'C时，在低温下胶料将会变硬，因而在低温下不具抓着力。

* J( N3 J/ p+ F& k, ?/ h; q    液体SBR(B)的重均分子量(Mw)应为1000～5000，较好者为1500～5000，最好是1500～4000。如果液体SBR(B)的Mw不足1000时，则耐磨性将会降低。反之，如果液体SBR的Mw高于5000时，则低温时的抓着性能将会降低。
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    在液体SBR(B)中，最好是在丁二烯部分的双键处加氢。当在液体SBR(B)的丁二烯部分的双键中加氢时，液体SBR(B)的氢化率应为25～60%，较好者为40%～60%，最好是45%～50%。如果液体SBR(B)的氢化率不足25%时，则液体SBR(B)混入基体橡胶成分(A)中后不能发挥出足够的抓着性能。反之，如果液态SBR(B)的氢化率超过60%时，则胶料将会变硬，也不能发挥出足够的抓着性能及耐磨性，另外还会出现液体迁移的现象。

    对于100份橡胶成分(A)，液体SBR(B)的配合量应为10～60份，较好者为20～60份，最好是20～50份。如果液体SBR(B)的配合量不足10份时，则抓着性能将会下降。反之，如果液体SBR(B)的配合量超过60份时，则耐磨性也会降低。
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    作为芳香族石油树脂(C)在高温下的滞后性比较大，所以最好是选用酚醛类树脂。

: g2 R" E5 ?) O9 l6 r+ @" c    芳香族石油树脂(C)的软化点应为100～160℃，较好者为110～160℃，最好是110～140℃。如果芳香族石油树脂(C)的软化点低于100℃时，则耐磨性将会降低。反之，如果芳香族石油树脂(C)的软化点超过160℃时，则抓着力性能也会降低。
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( Z. q) @& T5 p& M/ T    对于100份橡胶成分，芳香族石油树脂(C)的配合量应为5～25份，较好者为10～25份，最好是10～20份。如果芳香族石油树脂(C)的配合量不足5份时，则抓着性能的改善效果比较小。反之，如果芳香族石油树脂(C)的配合量超过25份时，则胶料与温度的相关性增大，在温度变化时胶料的性能变化也比较大。

    在上述胶料中最好是配合有补强填充剂，例如炭黑、白炭黑(二氧化硅)、碳酸钙、陶土、滑石粉等。可以从以往轮胎胶料常用的补强填充剂中任意选择，但最好是炭黑。补强用填充剂可单用，也可以几种并用。

    使用炭黑作为补强填充剂时，炭黑的氮吸附比表面积(N2SA)应为110～300m2/g，较好者为130～300m2/g，最好是130～280m2/g。如果炭黑的N2SA不足110 m2/g时，则抓着性能及耐磨性将会降低。反之，如果炭黑的N2SA超过300m2/g时，则难以得到良好的分散性，因而耐磨性也会降低。

; w2 n0 D- ~3 f8 |  ~; ]    使用炭黑作为补强填充剂时，对于100份橡胶成分(A)，炭黑的配合量应为50～150份，较好者为80～150份，最好是80～130份。如果炭黑的配合量低于50份时，则耐磨性将会降低。反之，如果炭黑的配合量大于150份时，则加工性也会变差。

" K- G  p$ j) Z9 }3 {    在上述胶料中，除了橡胶成分(A)、液体SBR(B)、芳香族石油树脂(C)以及补强用的添加剂之外，还可以配合通常使用的各种药品。例如硫黄等硫化剂、各种硫化促进剂、各种软化剂、各种防老剂、硬脂酸、臭氧防老剂等添加剂。
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    本文所介绍的胶料可以用作充气轮胎的胎面胶，特别是可以用作赛车用轮胎的胎面胶。可以采用通常充气轮胎的制造方法制造充气轮胎，即在未硫化阶段，将上述胶料挤出，加工成轮胎胎面的形状，在轮胎成型机上采用通常的方法和其他轮胎部件贴合在一起，形成未硫化轮胎。再将此未硫化轮胎散在硫化机中进行加热加压硫化，即可制得充气轮胎。

    下面，根据实例和比较例进一步详细说明。各例中所使用的材料如下：
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    丁苯橡胶(SBR)--苯乙烯含量为40%(质量)，在100份SBR固体成分中充油量为50份；

    石油树脂(1)--古马隆茚树脂，软化点为90℃;

    石油树脂(2)--古马隆茚树脂，软化点为120℃；

    石油树脂(3)--酚醛树脂，软化点为140℃；
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: z3 p* e% v3 O" d    炭黑--N110，N2SA＝140m2/g。

- {% z0 z: j' C8 n0 r6 l* o    其他药品为常用的芳香油、防老剂6PPD、硬脂酸、硫黄、硫化促进剂DBS等。

7 m1 \3 Q  y6 ]( f/ @) d    2  液态丁苯橡胶(B)的合成

& r& m3 Y) ?: _3 i( c) M    2.1  合成方法
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& \+ d/ N+ m# A  @% l    在经过充分氮气置换后的带有搅拌浆的2升加压釜中，加入1000g环己烷、20g四氢呋喃(THF)、50gl，3-丁二烯、50g苯乙烯，将加压釜内的温度调节到25℃，加入2.5gn-丁基锂，在升温的条件下使其聚合15min，然后加入1.5g防老剂2，6-二特丁基-对-甲酚，由此合成液态SBR(1)。其重均分子量(Mw)为7000，玻璃化转变温度为-45℃，苯乙烯含量为25%(质量)，不氢化。

- q, |0 a5 C% b2 k! k& X8 y    2.2  合成方法

    在经过充分氮气置换后的带有搅拌浆的2升加压釜中，加入1000g环己烷、20g四氢呋喃(THF)、50g1,3-丁二烯、50g苯乙烯，将加压釜内的温度调节到25℃，加入2.0gn-丁基锂，在升温的条件下使其聚合10min，然后加入1.5g防老剂2,6-二特丁基-对-甲酚，由此合成液态SBR(2)。其重均分子量(Mw)为3000，玻璃化转变温度为-45℃，苯乙烯含量为25%(质量)，不氢化。

    2.3  合成方法

    在耐热容器内加入200g液体丁苯橡胶(2)，300gTHF、10g10%的钯黑，经过氮气置换后，再进行氢气置换使其压力达到5.0kg/cm2，在80℃下使其反应，由此合成液态SBR(3)。另外，使用四氯化碳作为溶剂，在15%(质量)的浓度下测定100MHz质子NMR不饱和键光谱，从其减少数量算出氢气添加率。重均分子量(Mw)为3000，苯乙烯含量为25%(质量)，氢化率为50%。重均分子量(Mw)为3000，苯乙烯含量为25%(质量)，氢化率为50%。
% E* c) F' d8 s
$ e. V2 j# x  ]" n    3  实施例1-5及比较例1-4

$ t: k' {% v0 H) ?& v9 f4 g    将硫黄及硫化促进剂之外的药品按照表1所示的配方进行配合，采用BR型班伯里密炼机混炼15min，然后采用双辊开炼机(80℃)混炼3min，得到未硫化胶。将此未硫化胶成型为胎面的形状，并和其他轮胎部件贴合在一起，在170℃下加压硫化15min，由此制得试验用赛车轮胎(轮胎尺寸为11×7.10-5)，以供下一步进行试验。
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    4  轮胎性能
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1 }; b& K" B. W6 B    4.1  抓着性能
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5 u' A1 C4 G9 r    在赛车上安装上述轮胎，在每圈为5km的环形跑道上行驶5圈进行性能评价，由此判定抓着性能。以100点为满点，70点以上为良好，低温抓着性能是在15℃下的测定值，高温抓着性能是在30℃下的测定值。
- d1 x+ D9 z  c  ~2 Z7 S9 s# `4 k
: }# \. i* Y0 g) j    4.2  耐久性

5 W4 ~1 K1 H( N" X; F    在赛车上安装上述轮胎，在每圈为5km的环形跑道上行驶5圈进行性能评价，由此判定耐久性，以10点为满点，70点以上为良好。
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% F3 C$ h% `5 W: Q# h1 ?- n) b$ R    4.3  耐磨牲

2 ~0 L( v" z1 i1 m- E7 w    在赛车上安装上述轮胎，在每圈为5km的环形跑道上行驶5圈进行性能评价，由此判定耐磨性。以100点为满点，70点以上为良好。上述测试结果见表1所示。

    表1  轮胎性能
5 g/ h$ l" B9 j# e! R' b
配方，份及评价
0 u) h, P& e4 e! Q- L$ [" t+ o1 v 实施例
比较例

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2
3
4
5
1
2
3
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; k/ q3 i2 k# ]. B; ESBR
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- T: A4 L, i1 M( A7 z: z4 K: M& h" q芳香油
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40
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& A( a4 |0 r1 }* T2 a液体SBR(1)
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6 n0 l& I( V6 c) G4 l# b液体SBR(2)
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2 \4 c" n+ ^7 b0 ]! z4 L液体SBR(3)
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# p! I0 P' t) v; H& s3 w8 w# R3 W石油树脂(1)
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石油树脂(2)
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石油树脂(3)
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1 z% t0 B! U+ B$ E) ]5 u' B防老剂6PPD
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; [  e" R- H  x- }% l$ A硬脂酸
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: j) s7 o  F' b& h5 l' s1 c* D6 }硫黄
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" Y7 `- A+ a0 Z! e6 ?. ^6 P 1.5

1 N6 ^: o" |5 q1 w5 o# s( Z促进剂CBS
3
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: S0 c7 k# @( S) y% u0 ` 3
1 E0 b; Y% {6 Z; Q7 Q3 L 3
7 T3 W( y! n/ m 3
3
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- I1 l, O2 W0 n* H5 x# n
- ?) q3 J8 ]2 _0 f低温抓着力
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3 M! d3 @8 R0 _, w8 s" A 80
) P) }3 I8 L6 @2 T' V 70
65
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3 ]. F! |' H- ?! i0 g- Z5 o2 }( m 70
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& {2 W( w) F: I! M 80

, e1 s# ~- p) g7 Q* x  b, x; v高温抓着力
: M, b( s( ~6 Z5 M 80
0 b# H2 e) ]8 _. F0 F/ i 90
/ Z8 D0 [9 t) }, W5 F 90
; A- _4 p% U: K$ o0 a- ^' }0 w2 T 65
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+ X8 ?( C/ O- O6 l2 d  x5 r- t- Z' r 70
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65
1 a- _/ a+ U: t 60

4 C, G! m& I2 X; @耐久性
70
70
9 ~2 X* `2 B1 }8 J6 U% o! }* ]3 H2 G 75
60
70
! b( q/ B( R5 L" e7 O& X/ { 60
! n/ v! |& S% A+ j' x$ S 60
65
50

3 d  @3 X; ^! P$ R耐磨性
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: L8 f4 K# ~$ J1 `2 O4 b 70
( b# l, s6 K/ D2 c 80
70
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: b& V% [( w: n6 k/ Y/ b8 p 70
1 v1 W4 {5 u5 ?% q2 o5 d 70
70
90
3 N$ ~0 P. f; I, z* y1 i
    从上述试验结果可知，按照用量配合特定的液体丁苯橡胶及石油树脂等配合剂后，可提高低温和高温条件下的抓着性能、耐久性及耐磨性，因而可用作赛车用轮胎胎面胶。  
  


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李奇峰

难道这就是传说中的沙发？
' j$ L: U$ ~! _' G
6 ]8 a+ J+ v- X# Y. D( K>>>   2008-9-1 19:31 补充以下内容

' I( Z  i) V# }& p很优秀的资料

nmhsg

非常好的资料，非常感谢楼主。