一种计算白炭黑补强胶料总反应程度的方法、应用、设备和程序产品与流程

1.本发明涉及轮胎行业智能设计应用技术领域，尤其涉及一种计算白炭黑补强胶料总反应程度的方法、应用、设备和程序产品。


背景技术：

2.白炭黑应用在轮胎的胎面胶中，有提高湿地抓地和降低滚动阻力的作用。但是亲水的白炭黑，在亲油性的橡胶中很难分散。因此在胎面配方中往往要加入硅烷偶联剂来改善白炭黑的亲油性。白炭黑和硅烷偶联剂的化学反应，需要在一定的温度和时间下进行。两者的反应程度，或者说效率，对整个胎面胶的加工至关重要。
3.在我们前期申请的专利cn201710828265.4中，发明了一种计算白炭黑和硅烷偶联剂反应率的方法。在该发明中，使用橡胶加工分析仪(rpa)，分析并计算了胶料中的硅烷化反应率。但是，该方法存在不足的是：(1)使用该方法虽然可以得到定量的反应率，却无法使用该方法控制产品质量；(2)该发明的说明书和应用例中，只考虑了白炭黑和硅烷偶联剂在密炼机中的反应时间，没有考虑到胶料在高温排胶后，进入下辅机的开炼机设备后的继续反应；(3)该发明的应用例中，并没有考虑密炼机转子和下辅机开炼机对胶料的物理剪切。


技术实现要素：

4.与专利cn201710828265.4相比，本发明提供了一种计算白炭黑补强胶料在密炼机和下辅机总反应程度的方法，该方法增加考虑了发生在下辅机的白炭黑和硅烷偶联剂的方法。定义一个可以兼顾密炼机和下辅机硅烷化的反应参数。在这个参数的指导下，可以调控密炼机和下辅机的反应时间，达到总硅烷化反应率恒定的目的，使生产出的胶料的品质更稳定。
5.为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：
6.一种计算白炭黑补强胶料在密炼机和下辅机总反应程度的方法，该方法计算白炭黑补强胶料中白炭黑和硅烷偶联剂在密炼机和下辅机总反应程度，最终反应总效果ha的计算公式：
7.ha＝9.58-0.0170
×
dt-0.00242
×
tt-0.0146
×
rs；
8.其中，dt为在密炼机内的硅烷化反应温度单位℃，100≤dt≤170；tt为在硅烷化反应温度下胶料在密炼机和上辅机的总反应时间，单位为s，50≤tt≤180；rs为下辅机开炼机的转速单位为c/min，30≤rs≤40。
9.作为优选，所述的白炭黑补强胶料中包括100份的烯烃类橡胶，并含有至少40份的白炭黑和含硫硅烷偶联剂，含硫硅烷偶联剂的用量在白炭黑用量的5％到15％之间。
10.作为优选，所述的烯烃类橡胶是天然橡胶、顺丁橡胶和丁苯橡胶中的一种或多种混合；含硫硅烷偶联剂是si69，或者si75，或者两者的混合物。
11.作为优选，所述的白炭黑补强胶料还应该含有其它必须的活化剂和其它的硫化
剂。
12.作为优选，该方法在密炼机中实施，密炼机使用恒温控制白炭黑与硅烷偶联剂的硅烷化反应，硅烷化反应结束后，密炼机直接排胶；胶料进入下辅机，下辅机由一定转速的开炼机和挤出压片机构成。
13.进一步，本发明还公开了所述的方法获得最终反应总效果ha在评价白炭黑在胶料中的分散性的应用，计算得到的ha，ha值越小，白炭黑最终的分散性越好。
14.进一步，本发明还公开了所述的方法获得最终反应总效果ha在控制炭黑补强胶料生产过程中胶料性能的应用，保证ha恒定，调整dt、tt、rs，每车胶料的性能也基本接近。
15.进一步，本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现所述方法。
16.进一步，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
17.进一步，本发明还公开了一种计算机程序产品，包括计算机程序或指令，该计算机程序或指令被处理器执行时实现所述方法。
18.本发明由于采用了上述的技术方案，根据上面的计算公式，计算得到的ha，ha值越小，白炭黑最终的分散性越好。且ha值与rpa测得的小应变下的弹性模量，有良好的线性关系。相关性系数达到0.83(如图1)。当ha恒定时，每车胶料中白炭黑的物理分散和化学反应恒定，产品均一稳定。在生产过程中，只要保证ha恒定，即使调整dt、tt、rs，每车胶料的性能也基本接近。
附图说明
19.图1为计算得到的ha，与使用rpa在0.28％下胶料弹性模量的相关性图。rpa的测试条件：温度60℃，频率20hz，应变扫描：从0.28％-42％。
具体实施方式
20.下面结合附图对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。
21.一种计算白炭黑补强胶料在密炼机和下辅机总反应程度的方法，该方法计算白炭黑补强胶料中白炭黑和硅烷偶联剂在密炼机和下辅机总反应程度，该方法包括以下的步骤：
22.(1)设定适用的范围：含有白炭黑的轮胎胎面橡胶；配方中需要包含含硫硅烷偶联剂；白炭黑和硅烷偶联剂的反应，不超过两者反应的最高温度，即在170℃以下。
23.(2)定义几个关键参数，和参数必须满足的条件：在密炼机内的硅烷化反应温度，等同于排胶温度，参数为dt，单位℃，100≤dt≤170；在硅烷化反应温度下，胶料在密炼机和上辅机的总反应时间，参数为tt，单位为s，50≤tt≤180；定义除白炭黑和硅烷偶联剂的化学反应外，白炭黑在密炼机和下辅机开炼机处受到的剪切力之和，该剪切力决定了白炭黑在橡胶中的物理分散，与下辅机开炼机的转速相关。下辅机开炼机的转速，表示为每分钟开炼机的转速，参数为rs，单位为c/min，30≤rs≤40；
24.(3)定于最终要的计算结果——反应总效果，参数为ha。包括两部分，第一部分为白炭黑和硅烷偶联剂的化学反应程度，第二部分为白炭黑受到密炼机转子和开炼机的总的
物理剪切。
25.(4)最终反应总效果ha的计算公式：
26.ha＝9.58-0.0170
×
dt-0.00242
×
tt-0.0146
×
rs。
27.本发明试验例中本发明采用串联式一次法密炼机，控制密炼机转子速度40-60rpm，上顶栓压力50-60n/cm2，密炼机冷却水温度30-40℃，包括以下的步骤：
28.(1)密炼机工艺设定：
29.1)加入橡胶、白炭黑、炭黑、硅烷偶联剂、氧化锌、硬脂酸，压上顶栓保持30秒；
30.2)升上顶栓加入白炭黑(20％-40％)，保持10秒；
31.3)压上顶栓使胶料升温至100℃；
32.4)升上顶栓加入芳烃油，保持5秒；
33.5)压上顶栓使胶料升温至td；
34.6)压上顶栓使胶料在td下，恒温混炼t1秒；
35.7)将胶料排至下辅机。
36.(2)下辅机工艺设定：
37.1)开炼机转速为rs
38.胶料从落到开炼机上，到被压片排出后，时间为t2。
39.t1+t2＝tt
40.(3)按照公式计算ha
41.ha＝9.58-0.0170
×
dt-0.00242
×
tt-0.0146
×
rs。
42.几个计算的实施方式
43.[0044][0045]
在生产过程中，只要保证ha基本恒定，如在6.10-6.20之间，即使调整dt、tt、rs，每车胶料的性能也基本接近(用rpa测得的g’0.28％
表征)。如下表。
[0046] td(℃)tt(s)rs(c/min)hag’0.25％
(kpa)实施例6155150336.101500实施例3150150336.191522实施例9160100336.141535实施例1216550336.171486
[0047]
以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符
合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。