CN116178803B - 一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物、混炼方法和高阻燃轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物、混炼方法和高阻燃轮胎。一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，该组合物按生胶组分为100重量份计，由以下组分的原料混炼制备得到：天然橡胶40‑70份；顺丁橡胶30‑60份；白炭黑10‑30份；炭黑10‑30份；硬脂酸1.0～3.5份；氧化锌2.5～6.0份；阻燃剂1.0～8.0份；防老剂1.0～5.0份；防护蜡0.5～3.0份；促进剂0.8～3.0份；硫化剂1.0～3.0份；防焦剂0～0.45份；其中，阻燃剂为氯化石蜡和硼酸锌，两者重量比例2:1～1:4，硼酸锌的粒径≤15μm，氯化石蜡的碳数分布为异构C₂₆～C₃₂18～35%，异构C₃₃‑C₄₄25～45%。该组合物通过氯化石蜡和硼酸锌的配合使用，阻燃效果显著，同时对胎侧组合物的曲挠性能、定伸以及抗裂纹扩展性能没有明显影响。

Description

一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物、混炼方法和高阻燃轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物、混炼方法和高阻燃轮胎。

背景技术

在焦炭厂、金属冶炼厂等高温作业场地，工程机械车辆需要装配耐高温性能和阻燃性能优异的轮胎。目前市场上的橡胶阻燃剂众多，按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂通过机械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性能，主要按照有机阻燃剂和无机阻燃剂，或者卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)和非卤阻燃剂分类。有机阻燃剂是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及其化合物为代表的阻燃剂，无机阻燃剂主要包括三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝、硅系等阻燃体系。反应型阻燃剂则作为一种单体参与聚合反应，从而使聚合物本身含有阻燃成分，其优点是对聚合物材料使用性能影响较小，阻燃性能持久。助燃剂能显著提高胶料的阻燃性能，使得轮胎在火场等高温环境中不易燃，不易老化，提高轮胎使用寿命。

中国发明专利申请(公开号：CN104311909A)公开了一种耐火、阻燃橡胶组合物，通过添加硼酸锌、三氧化二锑以及十溴二苯醚阻燃剂进行配合，最终达到较好的阻燃效果，同时通过调整生胶体系、防老体系、填充体系使橡胶组合物的耐老化性能、屈挠性能满足要求，但是该橡胶组合物的定伸应力有所下降。

另外也有一些中国发明专利申请(公开号：CN105949537B)公开了消防车轮胎子口耐磨橡胶组合物加入三氧化二锑、氯化石蜡和硼酸锌在橡胶成分中作为阻燃剂使用，中国发明专利申请(公开号：CN108342024A)公开了阻燃输送带覆盖胶以及轮胎胎侧加入三氧化二锑、氯化石蜡和氢氧化镁在橡胶成分中作为阻燃剂使用，但是其采用的是氯化聚乙烯与二烯类橡胶共混，没有添加天然橡胶，所以其力学强度较低，作为轮胎胎侧，特别是对力学强度要求较高的全钢子午线轮胎的胎侧胶，其并不能达到要求。

申请人前期申请的中国发明专利申请(申请号：2022115421370)，该专利公开了氯化石蜡和硼酸锌在制备高阻燃胎面橡胶组合物中的应用，氯化石蜡和硼酸锌两者重量比例2:1～1:4，硼酸锌的粒径≤15μm，氯化石蜡的碳数分布为异构C26～C32 18～35％，异构C33-C44 25～45％。但是由于胎侧和胎面的性能要求不一样，申请人进一步研究获得了本申请的高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物的技术。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本申请的目的是是提供一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，该组合物通过氯化石蜡和硼酸锌的配合使用，阻燃效果显著，同时对胎侧组合物的曲挠性能、定伸以及抗裂纹扩展性能没有明显影响。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，该组合物按生胶组分为100重量份计，由以下组分的原料混炼制备得到：

其中，阻燃剂为氯化石蜡和硼酸锌，两者重量比例2:1～1:4，硼酸锌的粒径≤15μm，氯化石蜡的碳数分布为异构C₂₆～C₃₂ 18～35％，异构C₃₃-C₄₄ 25～45％。

作为优选，该组合物按生胶组分为100重量份计，由以下组分的原料混炼制备得到：

作为优选，氯化石蜡和硼酸锌两者比例1:1～1:3。

作为优选，所述的白炭黑的BET比表面积为50～250m²/g；炭黑颗粒的BET比表面积为20～160m²/g。

作为优选，所述的白炭黑的BET比表面积为80～210m²/g，炭黑颗粒的BET比表面积为40～130m²/g。

作为优选，所述的白炭黑的BET比表面积为100～190m²/g，炭黑颗粒的BET比表面积为50～120m²/g。

进一步，本发明还公开了所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：

1)一段混炼：将天然橡胶、顺丁橡胶、防老剂、防护蜡、防焦剂、硬脂酸、氧化锌、填料投入密炼机中混炼30～50秒，在转速30～45rpm下进行混炼，每隔20～35秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到130℃～142℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到一段母胶；

2)二段混炼：将步骤1)的一段母胶以及阻燃剂投入密炼机中，在25～40rpm转速下进行混炼，每隔20～35秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到135～150℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到二段母胶，随后对其进行终炼；

3)终炼：将二段母胶、硫化剂、促进剂投入密炼机中，在20～30rpm转速下进行混炼，依次间隔30～35秒、25～30秒15～20秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到100～120℃时排胶下片，放置冷却后即得到高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物。

进一步，本发明还公开了所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物在制备高阻燃轮胎胎侧中的应用。

进一步，本发明还公开了一种高阻燃轮胎，该轮胎的胎侧采用所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物。

作为优选，将混炼得到的所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物在预先准备的模具中进行硫化，硫化的条件为160℃*15min，压力为15MPa。

本发明由于采用了上述的技术方案，首先硼酸锌能与氯化石蜡中的卤素反应生成三卤化硼，可阻断氧气，同时硼酸锌能促进无机碳层的生成，覆盖在橡胶组合物表面，最终达到阻燃效果。氯化石蜡是一种石蜡烃的氯化衍生物，具有低挥发性、阻燃、电绝缘性良好、价廉等优点，其在氯系阻燃剂中氯含量最高，同时氯化石蜡还能增韧橡胶基体。高温下，氯化石蜡中的碳卤键可以断开，释放出卤素自由基并有效捕捉聚合物材料因受热降解产生的游离活性自由基，可以有效降低自由基的浓度，从而缓解或者终止燃烧的自由基链式反应。本发明通过氯化石蜡和硼酸锌的配合使用，阻燃效果显著，同时对胎侧橡胶组合物的曲挠性能、定伸以及抗裂纹扩展性能没有明显影响。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。给予本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所用的原材料来源及优选配比方案见表1：

表1

上述的原料来源如下：

天然橡胶购自达维天然橡胶(云南)有限公司；

顺丁橡胶购自山东威特化工有限公司；

炭黑N375购自上海卡博特化工有限公司；

氯化石蜡购自苏州禾森特种油品有限公司，氯化石蜡的碳数分布为异构C26～C3225％，异构C33-C44 35％；

硼酸锌购自上海吉至生化科技有限公司，硼酸锌的粒径≤15μm；

其他成分均为市场常规采购。

高阻燃胎侧橡胶组合物的混炼方法为：

1)一段混炼：将天然橡胶、顺丁橡胶、防老剂、防护蜡、防焦剂、硬脂酸、氧化锌、填料投入密炼机中混炼40秒，在转速40rpm下进行混炼，每隔25秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到135℃时进行排胶落片，室温放置冷却10小时后得到一段母胶；

3)二段混炼：将步骤(1)的一段母胶以及阻燃剂投入密炼机中，在35rpm转速下进行混炼，每隔25秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到140℃时进行排胶落片，室温放置冷却8～12小时后得到二段母胶，随后对其进行终炼；

3)终炼：将二段母胶、硫磺、促进剂投入密炼机中，在25rpm转速下进行混炼，依次间隔30秒、25秒、15秒进行一次提坨压坨，当胶料温度达到110℃时排胶下片，放置冷却后即得到该高阻燃胎面胶组合物。

硫化方法：将混炼得到的胶料在预先准备的模具中进行硫化，硫化的条件为160℃*15min，压力为15MPa。然后使用常规的测试方法对其测定硫化橡胶的各项性能(表2)。

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。

Claims (9)

1.一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，其特征在于，该组合物按生胶组分为100重量份计，由以下组分的原料混炼制备得到：

天然橡胶 40-70份

顺丁橡胶 30-60份

白炭黑 10-30份

炭黑 10-30份

硬脂酸 1.0～3.5份

氧化锌 2.5～6.0份

聚乙二醇 1.5份

阻燃剂 1.0～8.0份

防老剂 1.0～5.0份

防护蜡 0.5～3.0份

促进剂 0.8～3.0份

硫化剂 1.0～3.0份

防焦剂 0～0.45份；

其中，阻燃剂为氯化石蜡和硼酸锌，两者重量比例2:1～1:4，硼酸锌的粒径≤15μm，氯化石蜡的碳数分布为异构C₂₆～C₃₂ 18～35%，异构C₃₃-C₄₄ 25～45%。

2.根据权利要求1所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，其特征在于，该组合物按生胶组分为100重量份计，由以下组分的原料混炼制备得到：

天然橡胶 40-60份

顺丁橡胶 40-60份

白炭黑 15-25份

炭黑 15-25份

硬脂酸 2.0～3.0份

氧化锌 3.0～5.0份

聚乙二醇 1.5份

阻燃剂 2.0～6.0份

防老剂 1.5～3.0份

防护蜡 1.0～2.5份

促进剂 1.0～2.5份

硫化剂 1.0～3.0份

防焦剂 0.1～0.3份。

3.根据权利要求1或2所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，其特征在于，氯化石蜡和硼酸锌两者比例1:1～1:3。

4.根据权利要求1所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述的白炭黑的BET比表面积为50～250m²/g；炭黑颗粒的BET比表面积为20～160m²/g。

5.根据权利要求1所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述的白炭黑的BET比表面积为80～210m²/g，炭黑颗粒的BET比表面积为40～130m²/g。

6.根据权利要求1所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物，其特征在于，所述的白炭黑的BET比表面积为100～190m²/g，炭黑颗粒的BET比表面积为50～120m²/g。

7.根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物在制备高阻燃轮胎胎侧中的应用。

8.一种高阻燃轮胎，其特征在于，该轮胎的胎侧采用根据权利要求1-6任意一项权利要求所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物。

9.根据权利要求8所述的一种高阻燃轮胎，其特征在于，将混炼得到的所述的一种高阻燃轮胎胎侧橡胶组合物在预先准备的模具中进行硫化，硫化的条件为160℃*15min，压力为15MPa。