一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法与流程

本技术涉及一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法，属于橡胶材料。

背景技术：

1、橡胶是汽车工业上广泛采用的一种高分子材料，其具有质轻、高强、耐腐蚀和易成型等优点，在汽车用非金属材料中具有重要地位，是其他材料难以替代的。轮胎是构成汽车的主要部件之一，是汽车上使用橡胶占比最大的部件，在汽车系统中发挥着重要作用。

2、汽车在正常行驶过程中，轮胎与道路摩擦会导致胎面橡胶逐渐磨损，使胎纹变浅，直至磨平，如遇不平路面、锋利物体或恶劣气候，则会导致磨损加剧，从而使得轮胎的抓地性降低，导致车辆在湿滑或不良路况下的制动距离增加，并增加打滑的风险。天然橡胶是人类最早发现的天然弹性体，随着世界工业的发展，天然橡胶每年消耗量迅速增加，其与人工合成的橡胶相比，具有优异的耐磨性、绝缘性、气密性以及抗弯曲能力，在汽车轮胎领域具有广泛的应用前景。

3、中国专利cn104672519a公开了一种耐磨橡胶轮胎，该耐磨橡胶轮胎由下述原料制得：天然橡胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、酚醛树脂、纳米炭黑、纳米二氧化硅、纳米黏土、对苯二胺。其中纳米炭黑、纳米二氧化硅、纳米黏土可有效提高轮胎的强度，使得该轮胎具有较强的耐磨性；然而，这些原料的添加同时也增加轮胎的内聚力和粘性，导致轮胎的滚动阻力增加，降低车辆的燃油经济性。因此，如何提供一种既能够提高轮胎的耐磨性同时又不增加其滚动阻力的橡胶组合物是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，提供了一种轮胎胎面橡胶组合物及其制备方法，既能够改善轮胎的耐磨性，同时又可以降低其滚动阻力，有效延长车辆的使用寿命并提高燃油经济性。

2、本发明采用如下技术方案：

3、根据本技术的一个方面，提供了一种轮胎胎面橡胶组合物，按重量份计，包括：改性天然橡胶40-60份，热塑性弹性体35-50份，炭黑10-20份，硫磺6-10份，硬脂酸锌4-8份，氧化锌2-6份，硅烷偶联剂1-5份，防老剂0.5-3份，促进剂1-3份；

4、所述热塑性弹性体由第一组分、第二组分和第三组分组成；

5、所述第一组分为聚十二内酰胺、聚己二酰己二胺或聚十二烷二酰己二胺；

6、所述第二组分为丁基橡胶或溴化丁基橡胶；

7、所述第三组分为乙烯-醋酸乙烯共聚物接枝马来酸酐或乙烯-丙烯橡胶接枝马来酸酐。

8、可选地，所述第一组分、第二组分与第三组分的重量比为(0.3-0.5)：1：(0.1-0.3)。

9、可选地，所述热塑性弹性体的制备方法包括如下步骤：

10、将第一组分在180-220℃下搅拌融化，加入第三组分混合均匀，然后加入第二组分，并通过电子束辐射，辐射剂量35-60kgy，得到热塑性弹性体。

11、可选地，所述改性天然橡胶的制备方法包括如下步骤：

12、s1、将坡缕石在100-200℃下加热活化1-4h，然后将c6-c12脂肪酸溶解在有机溶剂中，并与活化后的坡缕石超声混合6-10h，干燥后即得预处理后的坡缕石；

13、s2、将预处理后的坡缕石分散在超声处理溶剂中，进行超声剥离处理，功率为170-250w，时间为1.5-3h，离心后获得浓度为1.8-2.5mg/ml的坡缕石悬浮液；

14、s3、将坡缕石悬浮液加入天然胶乳中，并于130-300rpm下充分搅拌，然后迅速倒入氯化钙溶液中，粉碎、洗涤和干燥后即得改性天然橡胶。

15、可选地，所述c6-c12脂肪酸占坡缕石总重量的2.5-6％。

16、可选地，所述坡缕石悬浮液占天然胶乳总重量的0.5-1.5％。

17、可选地，所述c6-c12脂肪酸为棕榈酸、辛酸、己酸、癸酸中的一种或两种以上的组合；

18、超声处理溶剂为二甲基甲酰胺、十二烷基苯磺酸钠水溶液或氯仿。

19、可选地，有机溶剂为乙醇或二氯甲烷。

20、可选地，所述防老剂为4010、rd、2246、dfc-34中的一种或两种以上的组合；

21、所述促进剂为ns、dpg、cz中的一种或两种以上的组合；

22、所述硅烷偶联剂为si-69、kh550、nxt中的一种或两种以上的组合。

23、根据本技术的又一个方面，提供了一种如上述任一所述的轮胎胎面橡胶组合物的制备方法，包括如下步骤：

24、(1)将改性天然橡胶和热塑性弹性体加入密炼机中，混炼40-65秒，得到第一母炼胶；

25、(2)向密炼机中加入步骤(1)中第一母炼胶、炭黑、硬脂酸锌、氧化锌和防老剂，混炼20～30秒，再加入硅烷偶联剂，混炼75～200秒，得到第二母炼胶；

26、(3)向密炼机中加入步骤(2)中第二母炼胶、硫磺和促进剂，混炼50-75秒，得到轮胎胎面橡胶组合物。

27、可选地，步骤(1)中，排胶温度为125～140℃；

28、步骤(2)中，排胶温度为105～115℃；

29、步骤(3)中，排胶温度为95～100℃。

30、本技术的有益效果包括但不限于：

31、1.本技术的轮胎胎面橡胶组合物，改性天然橡胶中坡缕石的加入增加橡胶的硬度和刚性，不仅有助于提升轮胎的耐磨性，还可以抵抗轮胎在滚动过程中的形变，从而有助于降低轮胎的滚动阻力；热塑性弹性体的添加可以改善轮胎的疲劳性能，使其在长时间使用和频繁弯曲等工况下仍能保持良好的弹性和耐久性；加入的硬脂酸锌和氧化锌用于填充橡胶中的孔隙和缺陷，增加轮胎的密实度和结实性，从而改善苛刻条件下橡胶磨损，延长轮胎的使用寿命；该轮胎胎面橡胶组合物的硬度为63-65，拉伸强度为28.0-28.4mpa，断裂伸长率为481-485％，回弹性能为64-68％，阿克隆磨损为0.117-0.121cm3/1.61km，tanδ@60℃为0.062-0.067，实现了耐磨性和滚动阻力之间的平衡，提高燃油效率和行驶平稳性，满足轮胎的性能要求。

32、2.本技术的轮胎胎面橡胶组合物，第一组分和第二组分共混制备弹性体的过程中，引入的第三组分不仅作为增溶剂增强第一组分和第二组分之间的相容性和粘附力，提高热塑性弹性体的均一性和稳定性，而且其中的马来酸酐官能团能够与第一组分中的胺基和/或第二组分中的双键反应，形成交联结构，增强了热塑性弹性体的柔韧性和拉伸强度；经过电子束辐照后，交联反应程度增加，进一步增强了热塑性弹性体的力学性能，并且不影响其断裂伸长率，从而有助于平衡轮胎的耐磨性和滚动阻力。

33、3.本技术的轮胎胎面橡胶组合物，预处理后的坡缕石表面覆盖有脂肪酸分子层，其中疏水烷基链延伸到坡缕石层间，而亲水羧基部分朝向界面，这种结构使得坡缕石与天然橡胶之间的相互作用得以增强，减少团聚现象的发生，使坡缕石更容易均匀分散于天然橡胶中，同时改善天然橡胶的排列结构，减小其形变，从而不仅提高了轮胎的耐磨性，并且降低其滚动阻力；预处理后的坡缕石表面引入亲水羧基，使其亲水性增强，在超声剥离过程中更容易与溶剂中的水分子相互作用，减弱坡缕石纳米片之间的吸附力，使其更容易从层状堆积结构中剥离开来，从而形成分散的悬浮液。

34、4.本技术的轮胎胎面橡胶组合物的制备方法，操作简单，实用性强，通过合理控制各原料的混炼顺序、混炼时间以及排胶温度，不仅可以使胎面橡胶组合物在密炼机中充分混合，保证其具有良好的流动性和可塑性，有利于后续的成型加工，同时确保各原料在胎面橡胶组合物中的均匀分布，提高轮胎的性能一致性和稳定性。