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。
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    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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! i  g% G6 Q1 J; D    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。

: d6 O4 p6 d) j2 O) k% X    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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    1  本专利介绍
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) e: E" u% a; F* A$ E    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)。

- a9 x& U2 d3 G- W    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。

4 ?4 r1 P+ R5 f6 I4 i    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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, s: T9 O5 [% |. ^    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)。

: }& A/ O3 Q  s# g    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。

- L0 A. k/ C- F8 f' \0 a    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。

: i" w! J+ \' u: O( r/ P    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。

. R/ j" k1 r6 ~9 L" R- j& t8 p    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。
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' x8 w& [* |# b6 T2 e+ D, H    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。
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    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。
& i2 o2 ~8 b' _' C
$ W' \' W6 {6 R/ X, _4 u# q: v2 ~4 ~6 y! ?    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。

& E2 O$ o+ j" s  Q; J4 M6 b    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。
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5 {/ S1 ?* m0 A4 U    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；
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3 B! y. z$ s9 G3 D4 P3 i    石油树脂(1)--古马隆茚树脂，软化点为90℃;
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    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。
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    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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    2  液态丁苯橡胶(B)的合成

    2.1  合成方法
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2 e* h6 }7 C: G. 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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5 A. a5 ^( E) t& [    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。

8 |! A: k8 a0 I  h' }: x4 f: [    2.3  合成方法

9 l4 W6 x4 O( \+ x: t    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%。
$ C' R# }  i3 p; k
    3  实施例1-5及比较例1-4
' T2 {0 q  A/ q( R# q
    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

+ t6 D+ y( N7 f  {; I1 \3 }. R    4.1  抓着性能
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3 B+ J1 d; U+ q2 W: [7 a& 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。

& k( b9 f/ y7 s6 L# O4 F" K    4.2  耐久性
' c5 m: m  E3 h
    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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% V  l7 L/ b- Z' |# O9 V% K    4.3  耐磨牲
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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。
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    表1  轮胎性能
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配方，份及评价
$ W- v' N8 e+ }) j 实施例
* e) ?, J' \" W/ C" c/ P; K 比较例

' a: t7 l% _" |, ~  x! h1
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7 Y' Y7 p6 N9 V# k! i2 d 4
5
- W% q7 y' ~: Q# J/ C0 _0 g) I 1
6 o1 `& \& l. }# `2 ^ 2
# R! [2 T$ ]6 J/ S. [ 3
+ r- k8 G( ~7 J' k7 u' p  z 4
- V0 q% y# N* @$ j6 B5 }
SBR
) b' O' Y, _% O. P- ? 150
150
) x& {7 G$ O' V- R8 q! a2 G+ S 150
150
150
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" m3 I, G  l( ]# _4 z' t& g! l 150
( O5 a# m8 x+ a* r4 c# f) r& ^ 150
150
0 b  D5 F$ `6 {1 c
7 h! h$ i; q, ~( A' NNllO
120
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0 v2 G% q$ B! z) ^+ n 120
, R  Y! i; ]9 F& R, |4 e 120
, ?9 @! p9 S1 f1 f  V/ f 120
) z+ R8 X9 K2 Z- k% j 120
: k1 G/ G3 {5 h1 u5 k 120
, H. H  D8 O( F  J$ j 120
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芳香油
40
40
40
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. J0 Y; J, e, t+ ?% E5 L, F  ? 40
40
% w2 ~+ h- m/ ^$ H& ]  q( u9 f7 E4 u 40
: ~* [  x2 ?. _( ~7 o: Q 40
57
* Y& ^1 H. N  G9 P4 P: ^: u
液体SBR(1)
.
--
: r7 C! @) h- h: K" B --
--
* R: k6 i" K- K9 W" P7 T2 a --
15
: n* R4 C& k# U0 r! V  M 15
15
2 Y: N4 o# x# v' C6 C  
) v( N8 B) B! _' Y
液体SBR(2)
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! f+ N6 R+ ?1 Q, I! F8 J 15
2 A1 K+ f6 {: l, W0 H3 }! ^+ l; k  
15
+ n- W( O$ j2 ^. e8 k --
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* `3 R% C; x. g- R3 P9 ^; Y" H 5
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& _! Z* G8 ^( M- a- P
液体SBR(3)
--
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15
: \5 C9 v: A' w+ o* u; p9 u! a  
15
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0 x$ n, W9 h# z9 A4 B3 H --
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: V: ]! U2 v5 I( y7 N& y/ \, o
& t3 s; `8 F' n+ B) v) x% z8 d石油树脂(1)
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# y# H3 V5 w: \# {0 Q -
* A2 z9 K% n# x9 H 10
10
+ j- t+ P: Z" g, H7 [3 N8 m, t 10
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, a6 Y; C7 J% W! b --
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石油树脂(2)
+ b5 H2 F; l; B# q2 `3 D+ Q 10
一
一
一
6 F" o7 i$ u8 L' w5 Q 一
7 A2 D& A  \( } 一
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3
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石油树脂(3)
一
* Y" Q: j5 y: }+ ` 10
* l7 j7 X5 G' f 10
0 B. e% k/ g( x1 O# f 一
一
一
+ e7 O2 Z$ o% t3 B2 E 一
10
. b0 L' f- `' _8 S6 o9 o0 L --
$ K1 o: L" ?. q5 I
6 `1 e' l; ~# F  Q防老剂6PPD
# G0 O7 `! q& D3 |2 L 2
% K2 g* M7 D4 |! M5 s. b6 V 2
6 r3 ~6 C+ a! E" R% m 2
6 Z' @, M- I; o 2
  I7 ^2 B6 y) m! I# v5 ~5 n5 G+ j 2
2
( g- U" d9 P2 w4 A' X9 U4 r 2
6 ?% S, p8 A3 q# Q+ t& S 2
2

硬脂酸
1
! ?7 r; O! @7 I& X 1
1
5 S5 J* s5 }8 N* k6 j# p l
1
1
  `6 L' F) G3 k/ k" R 1
1
; h) G, n% N; H: M# c2 l l
& G2 i# p5 i: ~
氧化锌
. |+ E$ {: u! H" F0 j 3
5 }1 H( J* m  n9 O2 n9 d0 ?1 v2 m 3
; V' a! V2 n2 m- U% \* t1 f3 v8 a  v 3
$ i, Y$ u8 {" H: e: I 3
3
3
3
' t/ m) J& }0 | 3
3
4 R/ `, h6 ^/ N4 x) j) _( U& M
- I7 W, m3 `! E硫黄
1.5
" L7 s4 B1 X4 L8 V. w0 e 1.5
, R% C% `0 [4 \' v 1.5
1.5
1.5
% }* X7 ?' I1 y1 N( X. u. ^ 1.5
; o, F3 e# o% u& ^- T' X. ^ 1.5
( e/ f7 U" W/ s9 D 1.5
1.5
( F% [% M+ B" u4 U
促进剂CBS
, P& `. Q# V- y8 n 3
6 C! V3 e; t; t0 i 3
3
! O# Z1 F, c6 h 3
! T& i9 a6 Y6 i 3
3
3
3
3

低温抓着力
. L3 l# D4 e5 t$ E, O% X 85
% F# `2 S1 W& g7 q: f 80
80
; y+ O% t) e7 V! G2 V1 o9 \ 70
65
1 c+ F  m0 a# D1 t 60
. R2 ]( r- Z- ]3 q 70
70
80

高温抓着力
80
90
% X. u5 E9 R3 k8 C7 I( ]( b 90
65
! A" W8 y% @% P1 O 75
  m! v5 A# x2 m2 g7 j 70
70
65
; t# D$ E/ F# r7 t. \& g4 { 60

: {8 @/ B( J. H耐久性
70
! Z6 }, K& q. G& ?  L) U8 n' D 70
" n0 P8 M' ^" v- I& F' V  ^ 75
, {. k/ o' ]3 r, c6 h+ P) O 60
, n: j9 |# @) l# T7 h, x  U 70
. T' F2 P' p  S8 p! P# [8 S) x* C 60
( y4 I& o7 a" E5 |/ \0 L; v! D; D 60
65
50

耐磨性
6 N- b* l# `' v- m. `) ~9 q 70
+ a- B; z+ K# q# ?) r 70
80
70
  ?  [' \; K& [: T& Q 70
70
70
3 g) _' z, X9 c9 `$ O% u/ U9 v$ @% x 70
$ v* L( p0 ~/ S; @  R 90
. M$ W& D' ^) D: E  y: |% X9 F
& }4 [9 T( z1 w# g    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。  
' Q0 ^  y' c  ^: K( Y$ K8 h6 s4 ?# m  
9 V3 {. E5 ~" N* u2 x  y

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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
: X' e& Q! a) F# K% s4 u
2 z" M. V' V8 T8 a. ]很优秀的资料

nmhsg

非常好的资料，非常感谢楼主。