一种增强导热的汽车载重胎胎肩用胶

摘要

一种增强导热的汽车载重胎胎肩用胶属于橡胶产品技术领域。现有纯炭黑填充的胎肩用胶存在动态条件下生热高，导热率低、易发生高温破坏的问题。本发明的增强导热的汽车载重胎胎肩用胶的组成及其重量份数配比为生胶100份、203树脂0.5-2份、炭黑10-60份、纳米氧化铝5-100份、硅烷偶联剂0.5-10份、防老剂1-3份、硬脂酸1-5份、氧化锌3-5份、促进剂1-5份、交联剂1-10份、软化剂2-15份、防焦剂0.1-0.8份。本发明所制的汽车载重胎胎肩用橡胶复合材料具有高增强、低生热、高导热的优良特性。

权利要求

1.一种增强导热的汽车载重胎胎肩用胶，其特征在于，增强导热的汽车载重胎胎肩用胶中的各组分及其重量份数配比如下：(1)生胶100份

(2)203树脂0.5-2份

(3)炭黑N33010-60份(4)纳米氧化铝5-100份

(5)硅烷偶联剂0.5-10份(6)促进剂1-5份

(7)交联剂1-10份

(8)防老剂1-3份

(9)硬脂酸1-5份

(10)氧化锌3-5份

(11)软化剂2-15份

(12)防焦剂N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.1-0.8份，所述的生胶为天然橡胶、三元乙丙橡胶、丁苯橡胶或顺丁橡胶，所述的纳米氧化铝为α型纳米氧化铝、γ型纳米氧化铝或其混合物。

2.根据权利要求1所述的增强导热的汽车载重胎胎肩用胶，其特征在于，所述的硅烷偶联剂选自双（三乙氧基硅丙基）四硫化物、乙烯基三乙氧基硅烷或γ-氨丙基三乙氧基硅烷的一种或几种混合物。

3.根据权利要求1所述的增强导热的汽车载重胎胎肩用胶，其特征在于，所述的促进剂为噻唑类、次磺酰胺类或秋兰姆类硫化促进剂。

4.根据权利要求1所述的增强导热的汽车载重胎胎肩用胶，其特征在于，所述的交联剂为硫磺、过氧化物或酚醛树脂。

5.根据权利要求1所述的增强导热的汽车载重胎胎肩用胶，其特征在于，所述的防老剂为对苯二胺类、喹啉类或萘胺类。

6.根据权利要求1所述的增强导热的汽车载重胎胎肩用胶，其特征在于，所述的软化剂为石油系、煤焦油系或松油系软化剂。

说明书

一种增强导热的汽车载重胎胎肩用胶

技术领域

[0001] 本发明属于橡胶产品技术领域，具体涉及一种包括天然橡胶和合成橡胶组成的母胶、软化剂、炭黑、纳米金属氧化物、硅烷偶联剂等组分的高增强、低生热、高导热的汽车载重胎胎肩用橡胶复合材料。

背景技术

[0002] 橡胶由于其特有的高弹性，被广泛应用于工业生产及生活等很多领域。橡胶是一种热的不良导体，加上橡胶本身的粘弹特性，使得橡胶制品在长时间的周期性载荷作用下，滞后损失产生的热量无法及时导出，导致制品内部温度迅速升高。特别像汽车轮胎产品，在行驶速度较高时，各部分材料的应变频率高，轮胎内部生热量大，内部温度急剧升高，尤其是厚度较大的轮胎胎肩部分。轮胎胎肩胶在高温下长时间工作，使其老化速度加快，力学性能迅速下降，甚至导致橡胶分子链发生降解、在高应力下出现结构性破坏等严重问题，大大缩短其使用寿命。如果是在运行中发生大范围的结构破坏，还很可能会造成事故，给生命和财产带来重大损失。因此，在保证轮胎胎肩用胶的力学性能这一前提下，如何降低动态工况下的生热，并且及时的将产生的热量导出，成为近些年轮胎制造企业共同关注的焦点。

发明内容

[0003] 本发明目的在于克服现有载重胎胎肩用橡胶复合材料的不足，而提供一种高增强、低生热、高导热，同时加工性能优异的汽车载重胎胎肩用橡胶复合材料，明显延长轮胎的使用寿命。

[0004] 本发明所提供的这种增强导热的汽车载重胎胎肩用橡胶复合材料，其特征是在采用下述重量份数的原材料制成：

[0005] (1)生胶100份

[0006] (2)203树脂0.5-2份

[0007] (3)炭黑10-60份

[0008] (4)纳米氧化铝5-100份

[0009] (5)硅烷偶联剂0.5-10份

[0010] (6)促进剂1-5份

[0011] (7)交联剂1-10份

[0012] (8)防老剂1-3份

[0013] (9)硬脂酸1-5份

[0014] (10)氧化锌3-5份

[0015] (11)软化剂2-15份

[0016] (12)防焦剂0.1-0.8份

[0017] 其中，所述的生胶为天然橡胶或合成橡胶，合成橡胶有三元乙丙橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶；较好的是使用天然胶。

[0018] 氧化铝因其自身独特的化学和物理特性，被广泛应用于制备导热、导电等功能复合材料，而纳米氧化铝因其小尺寸效应对橡胶具有良好的增强效果。在本发明提高的橡胶复合材料中，纳米氧化铝以纳米尺度均匀分散在橡胶基体中，由于纳米氧化铝的总比表面积大，从而对橡胶分子链的运动产生较强的限制作用，这些结构特点赋予了本发明所提供的橡胶复合材料优异的物理力学性能以及优良的功能特性。

[0019] 所述的203树脂为辛基酚醛增粘树脂。

[0020] 所述的炭黑为橡胶加工中使用的炭黑N330，其具有优异的增强效果，保证增强导热的汽车载重胎胎肩用橡胶复合材料具有优良的力学性能和耐磨性能。

[0021] 所述的纳米氧化铝为不同用量的α型和γ型纳米氧化铝或其混合物。纳米氧化铝具有优良的导热性能，常用于制备橡胶导热复合材料，但需保证一定的填充体积分数，在力学性能许可情况下体积分数越大，复合材料的导热性能越好。本发明所使用的纳米氧化铝为杭州万景新材料有限公司提供。

[0022] 所述的硅烷偶联剂为双(三乙氧基硅丙基)四硫化物(S i 69)、乙烯基三乙氧基硅烷(A-151)或γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)一种或几种的混合物。加工过程中添加硅烷偶联剂可以与纳米氧化铝粉体进行原位改性反应，一方面可以改善纳米金属氧化物在橡胶复合材料中的分散；另一方面，表面改性后纳米金属氧化物与橡胶大分子链之间直接的化学键合减弱了复合材料的滞后效应，从而有效降低复合材料动态工况下的生热；较好的是使用Si69。

[0023] 所述的促进剂为橡胶硫化常用的噻唑类、次磺酰胺类或秋兰姆类硫化促进剂中的一种或几种混合物，如，2-硫醇基苯并噻唑(M)，N-(氧化二亚乙基)-2-苯并噻唑次磺酰胺(NOBS)和环己基苯并噻唑次磺酰胺(CZ)等。

[0024] 所述的交联剂为橡胶硫化常用的硫磺、过氧化物或酚醛树脂中的一种或几种的混合物。优选不溶性硫磺。

[0025] 所述的防老剂为防老剂N-(1，3-二甲基丁基)-N′-苯基对苯二胺(4020)、2，2，4-三甲基-1，2-而氢化喹啉聚合体(防老剂RD)、或N-苯基-β-萘胺(防老剂D)的一种或几种。优选反应型防老剂4020或防老剂RD中的一种或两种的混合物。

[0026] 所述的软化剂为橡胶工业常用的石油系、煤焦油系以及松油系软化剂中的一种或几种混合物，如芳烃油、煤焦油、松焦油等。

[0027] 所述的防焦剂为N-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺(CTP)。

[0028] 采用本发明所述的原材料组分和配比按现有常规技术即可制得，具体为：1)将生胶加入密炼机中塑炼30秒；2)依次加入炭黑、纳米氧化铝、硬脂酸、氧化锌、203树脂、软化剂、硅烷偶联剂和防老剂，混合3-5m i n，当温度达到160℃后排出，冷却至45℃形成冷却的母炼胶；3)将冷却的母炼胶加入密炼机中，同时加入促进剂、交联剂和防焦剂，当温度达到103℃后，排料冷却至室温即得。

[0029] 本发明具有以下有益效果：

[0030] 本发明将不同粒径的α型和γ型纳米氧化铝填料混杂应用在汽车载重胎胎肩用橡胶复合材料中，与单纯使用炭黑填料的汽车载重胎胎肩用橡胶复合材料相比，具有高增强、低生热、高导热，同时加工性能优异等优点，对减少轮胎肩空损坏、延长使用寿命等方面具有一定效果。

附图说明

[0031] 图1、本发明所使用的α型和γ型纳米氧化铝粉体的TEM照片，其中(a)为α型纳米氧化铝粉体，放大倍数为40K，(b)为γ型纳米氧化铝粉体，放大倍数为200K；

[0032] 图2、实施例4制备的增强导热轮胎胎肩用胶的TEM和SEM照片，其中，(a)为样品局部放大10K倍的TEM照片，(b)为样品局部为放大5K倍的SEM照片；

[0033] 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

具体实施方式

[0034] 胎肩用橡胶复合材料的拉伸强度和断裂伸长率按GB-T528-1998测定。

[0035] 胎肩用橡胶复合材料的撕裂强度按GB-T 529-1999测定。

[0036] 胎肩用橡胶复合材料的动态压缩疲劳生热和压缩永久变形率按GB-T 1687-1993测定。

[0037] 胎肩用橡胶复合材料的导热性能按GB10294-2008测定。

[0038] 制备方法：1)将生胶加入密炼机中塑炼30秒；2)依次加入炭黑、纳米氧化铝、硬脂酸、氧化锌、203树脂、软化剂、硅烷偶联剂和防老剂，混合3-5min，当温度达到160℃后排出，冷却至45℃形成冷却的母炼胶；3)将冷却的母炼胶加入密炼机中，同时加入促进剂、交联剂和防焦剂，当温度达到103℃后，排料冷却至室温即得本发明所述橡胶复合材料。

[0039] 具体实施例和对比例原材料组分及配比如表1和表3所示。

[0040] 表1本发明实施例和对比例制备的复合材料配方1

[0041]

[0042] *以上实施例及对比例配方中各原材料的重量单位：千克

[0043] *以上实施例及对比例配方中所使用的芳烃油为大连石油分公司产品，松焦油为上海焦特化工有限公司产品

[0044] 表2本发明实施例和对比例中制备的橡胶复合材料的性能测试

[0045] 结果1

[0046]

[0047] 在表1中，实施例1-5分别为填充不同纳米氧化铝用量的纳米氧化铝/天然橡胶复合材料。对比例1、2分别为填充不同牌号和配比炭黑的橡胶复合材料，N330和N660配比分别为4∶6和5∶5。由图1可知，制备实施例1-5所采用的α型和γ型纳米氧化铝粒子粒径均至少在一维方向上小于100nm。由图2可知，实施例4制备的纳米氧化铝复合材料中，纳米氧化铝粒子在硅烷偶联剂的原位改性作用下分散较均匀，较少形成大尺寸的聚集体，从而对生胶具有较好的增强效果，使复合材料具有较好的力学性能。此外，从图2的TEM照片中可以看出，纳米氧化铝粒子在复合材料中已形成较为明显的导热网链结构，这就是为什么发明的增强导热复合材料能够具有优良的导热性能的原因。从表2中可以看出，本发明所制得的增强导热胎肩用胶在力学性能上与对比例相比相差不大，但却具有更为优异的压缩疲劳性能，具体表现为较低的压缩疲劳温升和压缩永久变形率，且具有明显高于对比例的导热系数，说明实施例所制得的复合材料在周期性应力条件下可以长时间保持优良的力学性能。

[0048] 改变基体橡胶的种类，采用三元乙丙橡胶和丁苯橡胶为基体橡胶，复合材料的配方如表3所示。从表4中可以看出，与对比例相比，本发明所制得的增强导热胎肩用胶扔具有良好的动态力学性能以及导热性能。

[0049] 表3本发明实施例和对比例制备的复合材料配方2

[0050]

[0051] *以上实施例及对比例配方中各原材料的重量单位：千克

[0052] *以上实施例及对比例配方中所使用的芳烃油为大连石油分公司产品，煤焦油为青州市永泰橡胶有限公司产品

[0053] 表4本发明实施例和对比例中制备的橡胶复合材料的性能测试

[0054] 结果2

[0055]

[0056] 结合图1～2和表2、表4可知，本发明所制备的增强导热的汽车载重胎胎肩用胶不仅在力学性能方面完全达到载重胎胎肩胶的要求，且具有更低的动态生热及更高的导热性能。