赛车用高性能轮胎胎面胶

fullfond · 发表于 2008-9-1 18:48:33

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赛车用高性能轮胎胎面胶

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。

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。

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。

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。

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)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

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℃；

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。

2  液态丁苯橡胶(B)的合成

2.1  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)、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。

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%。

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

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。

4.2  耐久性

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。

4.3  耐磨牲

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

配方，份及评价
实施例
比较例

1
2
3
4
5
1
2
3
4

SBR
150
150
150
150
150
150
150
150
150

NllO
120
120
120
120
120
120
120
120
120

芳香油
40
40
40
40
40
40
40
40
57

液体SBR(1)
.
--
--
--
--
15
15
15


液体SBR(2)
15
15

15
--
--
--
5
--

液体SBR(3)
--
--
15

15
--
--
--
--

石油树脂(1)
-
-
-
10
10
10
--
--
--

石油树脂(2)
10
一
一
一
一
一
10
3
--

石油树脂(3)
一
10
10
一
一
一
一
10
--

防老剂6PPD
2
2
2
2
2
2
2
2
2

硬脂酸
1
1
1
l
1
1
1
1
l

氧化锌
3
3
3
3
3
3
3
3
3

硫黄
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5

促进剂CBS
3
3
3
3
3
3
3
3
3

低温抓着力
85
80
80
70
65
60
70
70
80

高温抓着力
80
90
90
65
75
70
70
65
60

耐久性
70
70
75
60
70
60
60
65
50

耐磨性
70
70
80
70
70
70
70
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 · 发表于 2008-9-1 19:30:50

难道这就是传说中的沙发？

>>> 2008-9-1 19:31 补充以下内容

很优秀的资料

nmhsg · 发表于 2008-9-1 20:15:06

非常好的资料，非常感谢楼主。

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[配方] 赛车用高性能轮胎胎面胶

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