专利名称：一种含高反式－1,4－聚异戊二烯的高性能轮胎胶料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)的高性能轮胎胶料，系以合成TPI与天然橡胶(NR)、顺丁橡胶(BR)、丁苯橡胶(SBR)等共混、共硫化而制得，属于轮胎材料和橡胶加工技术领域。
现代汽车的迅猛发展要求有高性能的轮胎与之相适应，高性能的轮胎要求轮胎材料有优良的动态力学性能。对于胎面材料动态性能的评价，根据各国学者的长期摸索和实践，确立了以低滚动阻力，高牵引性能和高耐磨性能为追求目标的理想模型。降低轮胎的滚动阻力最关键的措施之一就是使用新型聚合物材料，目前国际上对于轮胎胎面用聚合物材料的选择是橡胶合成、橡胶加工领域的热点问题。然而至今尚没有一种弹性体材料包括天然橡胶能够全部满足各种轮胎胎面的要求，只能通过选择各种具有不同特点的聚合物材料并用来满足使用要求。
合成TPI又称人工合成杜仲胶或古塔波胶，在室温下易于结晶，结晶熔点约60℃。是一种介于塑料与橡胶之间的特种材料。中国科学院化学研究所杜仲胶组曾将杜仲胶硫化成弹性体，并对杜仲胶与NR、BR共混作了初步研究，结果得到了动态力学性能优良的弹性体。但杜仲胶天然资源少，提取工艺复杂，价格昂贵，约是普通天然像胶的十倍，此价格是轮胎材料无论如何不能接受的。而人工合成的TPI，以往采用钒和钒-钛混合体系溶液聚合方法生产，其成本和价格与杜仲胶相当，用于轮胎材料也是不可能的。近年青岛化工学院首次采用负载钛高效催化剂本体沉淀聚合方法合成了TPI(中国专利95110352．0)，由于工艺简单，效率高，其成本可低于合成顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶(IR)，价格接近NR，这就为合成TPI进入轮胎材料领域创造了条件。Goodyear公司曾申请将反式-1，4-聚丁二烯用于轮胎胎面和胎侧的专利(EP 0505904A1和EP 0538700A1)，但将TPI用于橡胶轮胎的还从未见报道。
本发明的目的在于针对目前轮胎用的胶料难于全面满足高性能轮胎对滚动阻力、牵引性能和磨耗性能间平衡的要求这一缺点，采用传统加工方法，配制出一种含有TPI的轮胎胶料，克服了现有轮胎胶料在动态性能上的不足，达到滚动阻力、牵引性能和磨耗性能三大行驶性能间的平衡，适合于制作高性能轮胎胎面和胎侧材料。
为了实现上述发明目的，本发明的基本技术构思和内容是，利用TPI与NR、BR、SBR等相容性好，易于共混加工，并且能用普通的硫磺-硫化促进剂体系共硫化成弹性体的性质，制备出具有定伸强度高、压缩生热低、滚动损失小、耐疲劳性能好可用于轮胎胎面、胎侧等部位的橡胶材料。其基本做法是在传统的轮胎配方中，用TPI取代部分NR、BR、SBR等，其他配合剂基本保持不变，采用传统的轮胎胶料制备工艺，获得了滚动损失、牵引能力、磨耗性能综合平衡的新型材料。
含有高反式-1，4-聚异戊二烯的轮胎胶料是将高反式-1，4-聚异戊二烯这种高分子材料与天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶及其它常规辅料进行二元、三元或四元共混、共硫化而制得，其中所用的高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)为负载钛催化异戊二烯本体沉淀聚合方法所合成，未经硫化的TPI应具有下列特征反式-1，4结构含量≥97％ML3+4，100℃ 30-100拉伸强度 ≥34MPa伸长率 ≥350％熔点 约60℃结晶度 ≥30％这种高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)的熔点约为60℃，在70-80℃通常的橡胶加工温度下，具有很好的加工性能和压出性能，其滚筒行为结近天然橡胶(NR)，而优于顺丁橡胶(BR)和丁苯橡胶(SBR)，所以加工环境良好。
含有高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)的轮胎胶料作为胎面胶料时，其基本组成为(1)橡胶份中TPI的重量含量在5-50％；(2)其余为至少一种以上的其它通用橡胶如NR、BR、SBR等。
(3)按现有常规轮胎胶料配方比例加入下列辅料，如防老剂、硬脂酸、氧化锌、炭黑补强剂、硫磺及硫化促进剂等。
含有高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)的轮胎胶料作为胎侧胶料时，其基本组成为(1)橡胶份中TPI的重量含量在10-60％；(2)其余为一种或一种以上的其它通用橡胶，如NR、BR、SBR等。
(3)按现有常规胎侧胶料配方比例加入助剂和硫磺／硫化促进剂体系。
含TPI的轮胎胶料的制备按常规的加工和成型工艺，混炼采用开炼机、密炼机均可，适宜的加料顺序为TPI→NR→SBR→BR，每加入一种后应充分混和均匀，橡胶全部加完并混合均匀后，再加硬脂酸、氧化锌、防老剂、加工助剂等，然后加入炭黑和软化剂，最后加入硫磺／硫化促进剂，薄通4-6遍下片。
本发明所制备成的含有高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)的轮胎胶料与现有轮胎胶料相比，具有胶料外观质量好，充模能力强，加工安全性好，生胶强度和硬度高等突出优点，尤其是作为胎面胶料和胎侧胶料时，其耐磨性和拉伸强度等均有明显优势。
下列表1为本发明的7个实施例配方，表2为7个实施例所获取的轮胎胶料基本性能。其中1和3为通常不含TPI胎面胶的配方，2和4、5为含TPI胎面胶与之的对比；6为通常不含TPI胎侧胶的配方，7为含TPI的胎侧胶与之的对比。
表1实施例轮胎材料的基本配方
表1中的1-5号胶料配方所形成的轮胎胶料适合于作胎面胶料，6号和7号胶料配方适合于作胎侧胶料。
表2实施例的基本性能
从表2可看出，含TPI的胶料，无论是作为胎面胶或胎侧胶，其定伸应力都有显著提高，扯断永久变形有明显下降。对于NR／SBR体系，加入TPI还可以提高胶料的回弹性。这些正是TPI能够降低轮胎滚动阻力、降低功率损耗(节能)的真正原因。邓录普旋转功率损耗测试结果则进一步证明了这一点，含TPI的胶料，其相对滚动损失和动态变形都显现出明显降低，而动态温升在胎面胶中则分别下降了4℃和2℃之多。这些正是高性能轮胎追求的最宝贵性质。
表2还可看出，含TPI的胶料，其耐屈挠龟裂和100％拉伸疲劳性能都有不同程度提高。对于NR／SBR体系，这种提高极为明显。另外，对干湿路面的摩擦系数含TPI的配方也很优秀，特别是对NR／BR并用体系，可认为添加TPI是提高其干／湿路面牵引力的有效途径。
结论以TPI部分取代天然橡胶或其它合成橡胶制成的含高反式-1，4-聚异戊二烯的轮胎胶料可以获得滚动阻力、牵引性能、磨耗性能等三大行驶性能较为满意的综合平衡，是制造高性能轮胎的较为理想的胶料。
权利要求
1．一种含有高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)的高性能轮胎胶料，其特征在于采用了高反式-1，4-聚异戊二烯与天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、顺丁橡胶(BR)等进行二元、三元或四元共混、共硫化而制得，其中所用的高反式-1，4-聚异戊二烯为负载钛催化异戊二烯本体沉淀聚合方法所合成，未经硫化的TPI特征如下反式-1，4结构含量≥97％ML3+4，100℃ 30-100拉伸强度 ≥34MPa伸长率 ≥350％熔点 约60℃结晶度 ≥30％
2．根据权利要求1所述的含高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)的轮胎材料，其特征在于作为胎面胶时，其基本组成为(1)橡胶份中TPI的重量含量在5-50％，其余为NR和(或)SBR和(或)BR等一种或多种通用橡胶；(2)按常规胎面胶料配比加入辅料，并用相同(似)的工艺加工。
3．根据权利要求1所述的含高反式-1，4-聚异戊二烯(TPI)的轮胎材料，其特征在于作为胎侧胶时，其基本组成为(1)橡胶份中TPI的重量含量在10-60％，其余为NR和(或)BR和(或)SBR等至至少一种通用橡胶；(2)按常规胎侧胶料配比加入助剂和硫磺／硫化促进剂体系，并用相同(似)的工艺加工。
全文摘要
本发明涉及一种含有高反式－1,4－聚异戊二烯(TPI)的轮胎材料,系采用常规的轮胎胶料制备工艺,将TPI与天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、顺丁橡胶(BR)等通用橡胶进行二元、三元或四元共混、共硫化而制成。这种胶料用于轮胎的胎面和胎侧材料,可克服现有轮胎材料在动态性能上的不足,提高耐疲劳性能,降低压缩生热,达到滚动阻力、牵引性能和磨耗性能的综合平衡,提高轮胎的高速行驶性能。
文档编号C08J3/24GK1206725SQ9711517
公开日1999年2月3日 申请日期1997年7月28日 优先权日1997年7月28日
发明者黄宝琛, 宋景社, 范汝良, 姚薇, 冯玉红, 史显宗 申请人:青岛化工学院