本发明属于轮胎橡胶材料技术领域，具体涉及一种全钢胎面用橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
众所周知，绿色轮胎滚阻低、燃油消耗少，能减少汽车二氧化碳的排放，大大提高社会效益和经济效益，轮胎胎面滚阻约占整个轮胎滚阻的50％，因此降低胎面的滚阻就成了设计绿色轮胎的首要目标。
轮胎胎面的主要成分是橡胶，橡胶属于粘弹性材料，粘弹性材料的力学行为介于完全弹性和完全粘性之间，这种材料变形后不能完全复位，即使复位也需要一段时间，在复位过程中伴随能量损失，这就是滞后现象，而滚阻的主要来源就是橡胶的这种滞后现象。
目前降低滚阻的普遍方法是使用白炭黑来替代部分炭黑，但是大量使用白炭黑会使胶料的耐磨性等物理机械性能无法达到全钢载重子午线轮胎的使用要求。为了克服加入白炭黑带来的负面影响，配方开发者往往要并用部分合成橡胶。专利cn107236157a公开了绿色轮胎胎面胶及其制备方法，其在使用白炭黑的同时，并用了钕系顺丁橡胶和溶聚丁苯橡胶。这类胶料的缺点在于，白炭黑的存在使胶料的加工性大大降低，而且配方内容复杂，不利于工业化生产。专利cn104987553a公开了一种全钢胎面胶料及其制备方法，该专利中没有使用白炭黑，而是采用了结构高、比表面积大的炭黑，同时并用了高顺式顺丁橡胶。这样的配方体系能够达到低滚阻、高耐磨的效果，但是胶料的耐撕裂性会很差。综上可知，以现有的技术水平，在降低胶料滚阻的同时，胶料的耐磨性、耐撕裂性、加工性等很难达到较好的平衡，不利于轮胎整体使用性的提升。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全钢胎面用橡胶组合物。
为了实现上述目的或者其他目的，本发明是通过以下技术方案实现：
一种全钢胎面用橡胶组合物，以重量份数计，包括如下组分：
天然橡胶50-90份；
钕系支化顺丁橡胶10-50份；
炭黑40-55份；
分散剂1-2份；
防老剂2-5份；
硫黄1-2份；
促进剂1-2份；
活性剂3-6份；
防焦剂0.2-0.5份。
进一步地，所述天然橡胶为smr10#、str10#、sir10#、smr20#、str20#、sir20#中的一种。
进一步地，所述炭黑为n134型炭黑。
进一步地，所述钕系支化顺丁橡胶的门尼粘度[ml(1+4)100℃]值为65～70，且所述钕系支化顺丁橡中顺式-1，4-结构含量大于95.0％。
进一步地，所述分散剂为高级脂肪酸的金属皂化物。
进一步地，所述防老剂为微晶蜡、2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体、n-苯基-n’-(1，3-二甲基丁基)对苯二胺、n-苯基-n’-异丙基对苯二胺、n，n’-二甲苯基对苯二胺、n，n’-二苯基对苯二胺的一种或几种。
进一步地，所述促进剂为n-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、n，n-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺、n-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺中的一种或几种。
进一步地，活性剂为氧化锌和硬脂酸按0.5～2：1组合的混合物。
进一步地，所述防焦剂为n-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺。
本发明的另一个目的是提供一种全钢胎面用橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤，
s1、按比例将称取的天然橡胶、钕系支化顺丁橡胶、分散剂、防老剂、活性剂放入密炼机内，加压20～40s提砣，再将n134型炭黑加入密炼机中并加压60～70s提砣，再混炼加压温度至160℃-170℃，排出一段母胶，将排出的一段母胶在室温下放置4～6h；
s2、将步骤s1得到一段母胶放入转速为50～60rpm、压力90-110bar的密炼机内，加压20～30s提砣，再加压20～30s提砣，最后加压至160℃-170℃并排出二段母胶，将二段母胶在室温下放置4～6h；
s3、将步骤s2得到二段母胶放入转速为50～60rpm、压力90-110bar的密炼机内，加压20～30s提砣，再加压至160℃-170℃排出三段母胶，将三段母胶在室温下放置4～6h；
s4、将步骤s3得到三段母胶放入转速为50～60rpm、压力90-110bar的密炼机内，加压20～30s提砣，再加压至160℃-170℃排出四段母胶，将四段母胶在室温下放置4～6h；
s5、将步骤s4得到四段母胶放入转速为20～30rpm、压力140-160bar的密炼机内，并将硫磺、促进剂、防焦剂一起放入密炼机内，加压40～50s提砣，再加压30～40s提砣，最后加压至110℃-120℃排胶，冷却至室温下制得终炼胶。
本发明的有益效果：
1、本发明所述的全钢胎面橡胶组合物中采用n134纯炭黑填充体系，将炭黑用量控制在适当的范围内，可以使胶料达到低滚阻、高耐磨的效果；本发明中采用的钕系支化顺丁橡胶与传统的顺丁橡胶相比，其主链支化能够促进炭黑结合胶的产生，提升橡胶组合物的耐磨耗性，且兼顾耐撕裂性，并改善加工性，其末端改性能够平衡主链支化对轮胎胎面滚阻的影响，确保轮胎的低滚阻；
2、本发明按特定组分的n134纯炭黑与钕系支化顺丁橡胶配比，在五段混炼制备法下制作橡胶组合物，提高n134炭黑的分散水平，促进n134炭黑与橡胶的接触与反应，产生更多的炭黑结合胶，全面提升低滚阻、高耐磨以及抗撕裂的效果；
3、本发明中活性剂采用氧化锌和硬脂酸按0.5～2:1组合的混合物，这种特定的配比可使采用的活性剂的活性达到最高，使橡胶的硫化过程更加充分；且保持这一比例不变，适当减少活性剂总的用量，并不会使配方的使用性能降低。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
天然橡胶50份，钕系支化顺丁橡胶50份，n134炭黑55份，金属皂化物1.5份，微晶蜡1份，2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1份，n-苯基-n’-(1，3-二甲基丁基)对苯二胺2份，n，n’-二甲苯基对苯二胺0.5份，普通硫黄1份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺2份，氧化锌2份，硬脂酸4份，n-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.2份。
本实施例所述的橡胶组合物所采用的制备方法，包括以下步骤：
s1、分别按本实施例配比称取的天然橡胶、钕系支化顺丁橡胶、分散剂、防老剂、活性剂放入密炼机内，密炼机的转速50rpm、压力110bar，加压20s提砣，再将n134炭黑加入密炼机中并加压70s提砣，再混炼加压温度至160℃，排出一段母胶，将排出的一段母胶在室温下放置4h；
s2、将步骤s1得到一段母胶放入转速为50rpm、压力110bar的密炼机内，加压30s提砣后再加压30s提砣，最后加压至160℃并排出二段母胶，将二段母胶在室温下放置5h；
s3、将步骤s2得到二段母胶放入转速为60rpm、压力110bar的密炼机内，加压20s提砣，再加压至170℃排出三段母胶，将三段母胶在室温下放置6h；
s4、将步骤s3得到三段母胶放入转速为60rpm、压力90bar的密炼机内，加压20s提砣，再加压至160℃排出四段母胶，将四段母胶在室温下放置4h；
s5、将步骤s4得到四段母胶放入转速为30rpm、压力140bar的密炼机内，并将硫磺、促进剂、防焦剂一起放入密炼机内，加压50s提砣，再加压40s提砣，最后加压至120℃排胶，冷却至室温下制得终炼胶。
实施例2
天然橡胶70份，钕系支化顺丁橡胶30份，n134炭黑47份，金属皂化物2份，微晶蜡2份，2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体3份，普通硫黄1.5份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺1.5份，氧化锌2份，硬脂酸2份，n-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.5份。
本实施例所述的橡胶组合物所采用的制备方法，包括以下步骤：
s1、分别按本实施例所述的配比称取的天然橡胶、钕系支化顺丁橡胶、分散剂、防老剂、活性剂放入密炼机内，密炼机的转速40rpm、压力100bar，加压40s提砣，再将n134炭黑加入密炼机中并加压60s提砣，再混炼加压温度至170℃，排出一段母胶，将排出的一段母胶在室温下放置5h；
s2、将步骤s1得到一段母胶放入转速为55rpm、压力90bar的密炼机内，加压20s提砣后再加压20s提砣，最后加压至170℃并排出二段母胶，将二段母胶在室温下放置6h；
s3、将步骤s2得到二段母胶放入转速为50rpm、压力100bar的密炼机内，加压30s提砣，再加压至160℃排出三段母胶，将三段母胶在室温下放置4h；
s4、将步骤s3得到三段母胶放入转速为50rpm、压力110bar的密炼机内，加压25s提砣，再加压至170℃排出四段母胶，将四段母胶在室温下放置6h；
s5、将步骤s4得到四段母胶放入转速为25rpm、压力160bar的密炼机内，并将硫磺、促进剂、防焦剂一起放入密炼机内，加压45s提砣，再加压35s提砣，最后加压至110℃排胶，冷却至室温下制得终炼胶。
实施例3
天然橡胶90份，钕系支化顺丁橡胶10份，n134炭黑40份，金属皂化物1份，2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1份，n，n’-二甲苯基对苯二胺1份，不溶性硫黄2份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺1.5份，氧化锌3份，硬脂酸1.5份，n-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.35份。
本实施例所述的橡胶组合物所采用的制备方法，包括以下步骤：
s1、分别按本实施例所述的配比称取的天然橡胶、钕系支化顺丁橡胶、分散剂、防老剂、活性剂放入密炼机内，密炼机的转速45rpm、压力90bar，加压30s提砣，再将n134炭黑加入密炼机中并加压65s提砣，再混炼加压温度至165℃，排出一段母胶，将排出的一段母胶在室温下放置6h；
s2、将步骤s1得到一段母胶放入转速为60rpm、压力100bar的密炼机内，加压25s提砣后再加压25s提砣，最后加压至165℃并排出二段母胶，将二段母胶在室温下放置5h；
s3、将步骤s2得到二段母胶放入转速为55rpm、压力90bar的密炼机内，加压25s提砣，再加压至165℃排出三段母胶，将三段母胶在室温下放置5h；
s4、将步骤s3得到三段母胶放入转速为55rpm、压力110bar的密炼机内，加压25s提砣，再加压至170℃排出四段母胶，将四段母胶在室温下放置5h；
s5、将步骤s4得到四段母胶放入转速为20rpm、压力150bar的密炼机内，并将硫磺、促进剂、防焦剂一起放入密炼机内，加压40s提砣，再加压30s提砣，最后加压至110℃排胶，冷却至室温下制得终炼胶。
实施例4
天然橡胶90份，钕系支化顺丁橡胶10份，n134炭黑40份，金属皂化物1份，2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体1份，n，n’-二甲苯基对苯二胺1份，不溶性硫黄2份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺1.5份，氧化锌2份，硬脂酸1份，n-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.35份。
本实施例所述的橡胶组合物所采用的制备方法，包括以下步骤：
s1、分别按本实施例所述的配比称取的天然橡胶、钕系支化顺丁橡胶、分散剂、防老剂、活性剂放入密炼机内，密炼机的转速45rpm、压力90bar，加压30s提砣，再将n134炭黑加入密炼机中并加压65s提砣，再混炼加压温度至165℃，排出一段母胶，将排出的一段母胶在室温下放置6h；
s2、将步骤s1得到一段母胶放入转速为60rpm、压力100bar的密炼机内，加压25s提砣后再加压25s提砣，最后加压至165℃并排出二段母胶，将二段母胶在室温下放置5h；
s3、将步骤s2得到二段母胶放入转速为55rpm、压力90bar的密炼机内，加压25s提砣，再加压至165℃排出三段母胶，将三段母胶在室温下放置5h；
s4、将步骤s3得到三段母胶放入转速为55rpm、压力110bar的密炼机内，加压25s提砣，再加压至170℃排出四段母胶，将四段母胶在室温下放置5h；
s5、将步骤s4得到四段母胶放入转速为20rpm、压力150bar的密炼机内，并将硫磺、促进剂、防焦剂一起放入密炼机内，加压40s提砣，再加压30s提砣，最后加压至110℃排胶，冷却至室温下制得终炼胶。
对比例1
天然橡胶100份，n121炭黑55份，金属皂化物1.5份，微晶蜡1.5份，2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体2份，n-苯基-n’-(1，3-二甲基丁基)对苯二胺1.5份，普通硫黄1.3份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺1.2份，氧化锌5份，硬脂酸2份，n-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.3份。
对比例2
天然橡胶80份，高顺式顺丁橡胶20份、n121炭黑50份，金属皂化物1份，微晶蜡1.5份，2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体2份，n-苯基-n’-(1，3-二甲基丁基)对苯二胺1.5份，普通硫黄1.3份，n-叔丁基-2-苯并噻唑次黄酰胺1.2份，氧化锌5份，硬脂酸2份，n-环己基硫代邻苯二甲酰亚胺0.3份。
对比例1和对比例2按常规制备方法制作。
按以上所述实施例1-4分别与对比例1和对比例2制作的橡胶组合物制备出来的轮胎进行实验，其具体测试数据如下表1和表2：
表1
表2
注：rrc表征轮胎的滚阻，数值越小越好；单耗表征轮胎的耐磨性，数值越大越好，磨耗指数＝实施例单耗/对比例单耗*100％；撕裂强度表征胶料的耐撕裂性，数值越大越好，保持率＝实施例/对比例*100％。
从表1和2中可以看出，本发明所提供的实施例1-4，其滚阻和耐磨性均优于对比例1和对比例2；从表1可以看出与对比例1相比，实施例1-4的抗撕裂强度保持率在88％以上，其中实施例2、实施例3和实施例4的撕裂强度保持率都在95.0％以上，证明在通过调整配方组分及其配比，并按五次混炼后，在实现低滚阻、高耐磨的情况下，仍能保持高撕裂强度的目的；而从表2可以看出与对比例2相比，所采用的配方通过本发明所述的制备方法，最后其抗撕裂强度上优于对比例2，其保持率均在117％以上；与实施例3相比，实施例4仅降低了活性剂的使用份数，而活性剂的比例未变，表1和表2均可证明保持配方其他组分不变，适当减少活性剂的用量，并不会使配方的使用性能降低。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。