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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% H, O: R- W+ i6 b5 h    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。
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+ p1 S; D: j7 Y( F6 t    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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    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。

    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。

' g0 w* y# C% E: z: M9 B4 M    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。

! v8 N9 x% x% E8 ~    1  本专利介绍

    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)。

  [! _5 s( g) I9 t0 ~/ p) E    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。
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! V% ~5 E. J- h    本文所提供的高性能轮胎，采用上述胶料制成。

    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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+ J0 q5 s5 _: _. ?6 F1 [- N* j    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)。

    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。

    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。

    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。
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    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。

! f  U5 L2 Y( n8 z    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。

    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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    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。
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    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。

& n0 }5 g7 e6 c! A! O% F4 T" \# L    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。

$ n# o1 f6 F$ H# r# K' U    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。

* s* S  B1 J4 Z8 o, G* o    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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! ~8 z# E9 Q% O; p3 l) S, W2 g    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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. I  J- E3 d7 z& A! e    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℃;
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. g: N2 M5 C6 `7 W9 r3 @9 V    石油树脂(2)--古马隆茚树脂，软化点为120℃；
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$ z" y: c  s; J$ [    石油树脂(3)--酚醛树脂，软化点为140℃；

    炭黑--N110，N2SA＝140m2/g。

    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。
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9 C. n6 p$ V5 A: T    2  液态丁苯橡胶(B)的合成

% ~# K. v5 Q' U8 w: N) T% l! {    2.1  合成方法

6 O& U/ F! C) j    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。
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    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。
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% \' G6 T: w8 j# w; _    2.3  合成方法
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    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%。

    3  实施例1-5及比较例1-4

    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。

    4  轮胎性能

    4.1  抓着性能
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    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。
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$ t' o2 W4 c- g+ b    4.2  耐久性
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4 J+ O% s& ~$ P+ M    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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    4.3  耐磨牲
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8 f3 U: h  u5 r9 p* Q' U    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。

6 E9 g6 F# K" @9 ^- g/ `; t- ^% l    表1  轮胎性能

配方，份及评价
实施例
0 p& j' K1 p8 X- V7 F 比较例

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3
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SBR
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. P* \/ F, z( C: k3 m 150
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1 c; A! ^" X# [, _6 T
2 R& h1 H$ k. H% J/ `/ Z8 g4 `, l$ mNllO
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& f/ k& ^+ U  ?2 e+ X 120
4 O( b# s* B! H+ w/ f 120

: B$ |2 I) L1 F  ^8 c& x芳香油
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- q! \% W* t, K6 ^4 P" x 40
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4 W+ x  s: s% _- l, }2 I 40
: P/ o. G3 ?: I0 G1 k7 g% o 40
, k8 z& q) o0 U: J2 k  s- }0 D 40
7 J+ p7 L  e( a* Y! d 40
% u  D/ d% e8 m# C5 Y 57
" Y* s# Z( N) F0 E: w/ o
液体SBR(1)
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15
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3 n) H5 o: a7 y  j6 L  

液体SBR(2)
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, U2 d' f9 X' ]+ K 15
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7 d5 [$ ]0 _9 b. H# }液体SBR(3)
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6 o4 v/ h7 ?5 p1 U, `# N7 T0 G' h --
& _0 j. j0 \" H5 r7 l9 z --
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2 v/ c6 p- u; C( m) c! g. c! `; v
石油树脂(1)
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$ C7 v. `& ^1 _1 O; y3 Q+ F
石油树脂(2)
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7 B' I0 o$ g4 r2 T# Y 一
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1 x4 E* j% M1 G4 S& Y4 d --

石油树脂(3)
4 k. W* C2 C7 r- P8 c1 Z% P 一
7 K  A4 s0 M) f7 u  i 10
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9 v5 D. H4 I6 \7 y4 [& E0 x --
' L7 |  n# T! m1 o% ~* m
防老剂6PPD
2
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" h9 E2 b/ b: h. O9 g 2
2
2
! M/ w0 {  G# K1 V3 m. o) _# }0 o 2
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6 V. \2 h% M: E6 S9 t" \ 2
' N- e7 S; Q' d* N4 z 2

硬脂酸
2 U3 \3 j4 A8 T: H 1
" ?' G" {! |8 v4 { 1
1 y$ _3 a/ O6 P 1
- R3 B  f! A3 |; F/ q l
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' B0 @5 L. g* l氧化锌
, y" O4 q" y6 p7 }# ^* U7 O; o 3
3
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; B5 ^1 F: x7 k 3
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; ]6 r3 [% E( N" ]' u 3
3
3

硫黄
8 N' P" W! ^- G3 r2 E 1.5
1.5
1.5
+ l7 G, R: S( j: }, i  Q# v3 ^" d  f 1.5
1.5
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' `& a/ c0 U/ |7 h 3
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  H9 a7 }* M3 q8 `0 U2 ?' r 3
3
3
3
3 Z+ u- h  f; M: A& ^( Q: ~+ F 3
. x, |* ^. n0 T 3
& Q3 ^9 S/ u: @$ l3 z% p- d 3
0 L# F" a, K% V% I8 {9 S; |3 n
低温抓着力
85
6 }5 I3 x2 m: o, U5 f 80
% @2 m6 I) b: G: F1 `( b+ T 80
- O3 `% N: z' r! y% {7 K 70
& l& |+ ^4 r& L( I 65
60
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3 b2 a7 M. L% s% k4 q 70
; k% W: n9 U, M1 @) x; \ 80

高温抓着力
4 S" x+ g' v) M5 B" c9 |' ]) D' ?5 p 80
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90
65
75
70
3 k/ T$ c1 I( P& |0 V% n 70
3 f" X, C8 ]0 Z# _2 a 65
60

) y- B7 O) p$ e5 p耐久性
, F' v! d9 A, W. L5 s2 V# Z+ W 70
70
! k; R' r, j: n. B0 f4 V 75
60
70
% P" M# m7 t5 C2 q9 Z$ h1 i 60
60
! `8 j! _/ C9 Y: H8 Z+ j1 d) x 65
50

耐磨性
70
! D1 u2 A2 g* ^! `. B% X5 K) V 70
80
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; ~( u' q8 L/ u$ K 70
70
" B9 m3 v; s" p% ]- F  O; q6 ^ 70
* v' N9 H; G# R, M: L6 [0 p  M9 L 70
90

    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？

>>>   2008-9-1 19:31 补充以下内容
; ~% m; \9 ^- K# |! `
1 h! O5 ~% [) p0 W7 O. `3 E很优秀的资料

nmhsg

非常好的资料，非常感谢楼主。