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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3 S$ t+ I7 e2 r    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。

& I  O+ M' N% _$ V, Q; O/ Q5 Q    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。
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    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

; O9 {: V8 Q% U* W    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。

/ y# ~, M0 X( m/ ~5 ]) L6 U/ n# j    本文所提供的高性能轮胎，采用上述胶料制成。
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    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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- m0 @  w  P  S; \% G) N    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。

5 [' X4 V& S& H! [7 G. X    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。

5 p% Y1 C1 }; p1 b    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。
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5 A0 u6 F: |- Z! h& f' C    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。

& A% j1 C5 q: Q. _3 Y! B    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。

6 b. _9 o9 A0 y2 d9 F    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。

+ F; x' G8 h7 k+ _    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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( Q: x+ s  c  U3 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。
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' X& a9 A8 b- h0 k: x+ Y; e4 Q    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。
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    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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& j  w6 H( m+ z8 G- O7 _# }    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。

4 n* f; T" k) R4 c# s2 c. e    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。

; z9 M: a* ^9 F  |    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℃;

7 W# Q$ ]! W, G, O    石油树脂(2)--古马隆茚树脂，软化点为120℃；
( f' y! y# ?+ K! |; Z
* n- g7 w1 O) o2 W' Q+ N1 V) v    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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    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。

+ ]1 j6 g% x5 h( M0 g' Y    2.2  合成方法
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  G3 K7 }% f$ X! o    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。

& E/ D* q* q5 C/ S7 a( B3 c6 }    2.3  合成方法
9 }9 D$ \4 z1 J0 V
* t) z% \, q- u5 S8 R    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%。
* r! ?1 ?2 {' R7 W
    3  实施例1-5及比较例1-4
" ?2 K3 C, |( F$ d' p
    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
7 G9 D' v( W3 Z+ V# q/ A3 B% s+ O
! w2 r) u0 M- U    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。
+ ?" D- ]" B) g8 N( y0 U
$ W5 L' e$ Y' T    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。

" D3 H- F+ _- m1 I+ T    4.3  耐磨牲

) B. F- u. Q- ^8 C1 _    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。
4 Q. d& t1 i6 d6 R/ _
. V" ?+ j% p; Y  ~1 g, @    表1  轮胎性能
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配方，份及评价
实施例
比较例
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5 q8 l9 @  c1 x3 l# ~1
2
& S8 w: w7 @" s; D. A$ U5 m% o 3
2 f0 i% B; Z# r 4
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" [0 R3 O) ]* j- Q0 N- X1 r 1
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# [8 I! a% {+ `# p. d- C) ~
SBR
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NllO
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, U! W6 |; b' q& c" h2 f6 t& q 120
. U' a. I6 [7 P 120
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芳香油
' k+ p8 G! b3 E" v 40
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# g+ N( F! n9 C; w* ]6 R3 ? 40
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6 [) U+ c9 W- a" k& H, h; a4 q 40
2 j% ~9 U1 d4 @, R+ [6 y6 }2 C 40
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1 q% w, n8 v! n/ C5 P! I& K* p
4 Q8 r# @" m2 B1 r2 J液体SBR(1)
( w6 {/ U1 ^5 a6 h' ~6 U .
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. i- u9 T, A& u% O) h3 L6 }/ M 15
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6 Y9 M; g& l! s. k% k液体SBR(2)
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" L& v; M; W4 I2 r) C/ S" z% Q- a% ~4 Q 15
+ C- C% B2 |6 W. _6 ?0 k$ o. f' r6 Q  
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! Y1 l# y2 k3 R. X2 A6 g) M0 m" ^ --
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1 b7 X  {$ L2 c: y+ O' U --
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液体SBR(3)
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6 C6 q! z" x" F8 @5 w  
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2 N; [( |% n. M2 U --
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- w$ z' F  r( C --

石油树脂(1)
3 R+ F4 d* s6 q -
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! n+ _$ f  l( D) e, W& f -
10
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: T( v# [* i1 h. f' f 10
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  |8 ~: e: @  A% h( K# e --
1 A6 A# c) S& g7 c% m! q1 F
. x9 ?+ F* `) |7 i- e石油树脂(2)
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一
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* R. ^2 I0 C. W5 m* d$ n3 B 一
( G) `1 I6 b8 |5 ~+ U$ Q2 q( p 一
& U, f) H/ o' t) k, Q( R( N- i6 F 10
) c" t4 b9 j* `$ r( v3 g 3
# W+ R8 T) M  M, q8 b --

4 L; b; O! F, _石油树脂(3)
( J& d  l# |  [+ ?. R9 \  [1 z  R 一
: S7 a0 G; y( K3 H 10
, O( A9 g, V* y. a! z# e8 v 10
& j! ?) j0 O, u6 ^$ l6 z7 O( g 一
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一
- B, I' ~% [; U: ~! B+ H; W 10
--

防老剂6PPD
7 t! }3 M: ~, c6 _6 l/ A  t% x 2
2
2
2
2
$ {1 y: \0 Z% m 2
2
2
0 N& D) z: R) F  ^$ v1 o 2
+ p* V. c9 v  O9 v/ O+ k7 d6 R
硬脂酸
, D# T6 M- V. e2 ~ 1
1
1
l
1
1
1
$ e  r' b1 v+ D8 E0 H 1
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. i, f% Z' p# Y0 D. B氧化锌
3
+ N- K3 F9 v; ^7 U  @ 3
3
1 F1 g9 I8 x* ? 3
3
* B7 R- o* k: C" O" q 3
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. I! O0 |3 g' T! W! ~ 3
4 X' F1 |9 Y* t& {) F4 t: J 3
$ ~8 m! |5 J- ~1 p& s2 q% I
- v/ a4 C( H6 j! W/ x0 ]5 n0 g硫黄
1.5
1.5
# l! \7 ?1 {: g& \; t) S6 p2 `7 D& j 1.5
5 v) l: T* ?) M! j" M# n0 R 1.5
1.5
1.5
: e/ u- ^# a2 g& N9 S5 U 1.5
1.5
1.5
3 }7 C  ~: a' `  _/ n% Y( s0 D
促进剂CBS
- ~2 _/ r5 V) Z  v 3
3
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) i+ c# {6 Q1 y0 h5 \. i 3
/ s6 C0 U, B0 }- g( m 3
; R1 I( Y+ G! Z! b+ n+ x+ |% s 3
3
  j; C# u5 |( H; j: x6 [ 3
9 i5 K4 ]) x) {- L 3
- c& f% y' W0 j0 b6 T" V6 e; \
低温抓着力
85
, z9 e& p1 g; y( W# o, R& c 80
1 r; U$ K* F0 u% Z  o) d 80
6 Q8 E6 H4 q5 z8 y( o. a: y 70
9 o2 Z1 j1 s  l+ ?+ r5 V 65
6 r& D1 B" {! [- v6 i- D. U. Q) k 60
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# _& x/ N7 r- |" @$ v高温抓着力
) ~  M; d$ X$ `7 e5 t/ J# w 80
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* i$ Q1 Y' N, ]$ w1 @1 x 90
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( T6 \; v* {! e4 ] 75
7 O/ ?& p) N) R3 [, N, p5 h 70
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/ Q8 Q) @' i) v- B3 y6 s耐久性
* n# W! H0 |% B2 N5 S9 F 70
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75
60
6 Z1 T) `- w* ?% \6 i4 o 70
1 S8 G6 H  l7 {- r* l 60
, |4 q) d; s) x! a; P& \' v 60
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50

耐磨性
70
0 M$ G7 _+ G( r$ {/ H) Z( h$ J 70
' I9 Z7 A3 T) q4 ]' T/ b, f 80
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2 U# ^, _1 c& |6 x 70
70
70
90

* E# f& s+ e+ M3 }' ]    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？
. F# v% X  ^2 r7 Y* v# O; E/ p: `
>>>   2008-9-1 19:31 补充以下内容

很优秀的资料

nmhsg

非常好的资料，非常感谢楼主。