一种航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及航空轮胎技术领域，尤其涉及一种航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用。
背景技术
胎面胶是轮胎最外层与路面接触而表面印有花纹的一层胶料。随着新型飞机的起飞和着陆速度的不断提高，对轮胎的性能要求越来越高。航空轮胎在高负荷下高速起飞、着陆，胎面胶需要高的拉伸强度、撕裂强度、低的动态生热、耐切割性能好、耐磨性能好、耐屈挠龟裂性能好以及热稳定性好，才能保证轮胎使用安全。由于轮胎的贮存时间长，需要胎面胶有良好的耐臭氧老化性能。然而现有的胎面胶难以同时满足上述性能要求。因此，亟需提供一种具有压缩生热低、撕裂强度高、耐切割性能好、耐磨性能好、耐屈挠龟裂性能好、耐臭氧老化性能好、热稳定性好，且同时具有拉伸强度、扯断伸长率较高等优点的胎面胶。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用，本发明的胎面胶具有压缩生热低、撕裂强度高、耐切割性能好、耐磨性能好、耐屈挠龟裂性能好、耐臭氧老化性能好、热稳定性好，且同时具有拉伸强度、扯断伸长率较高等优点，可用于航空轮胎。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种航空轮胎胎面胶，以质量份数计，包括以下制备原料：天然橡胶88～92份、中超耐磨炭黑46～50份、白炭黑湿法胶12～18份、硅烷偶联剂2～3份、热稳定剂1～2份、抗硫化返原剂0.5～1份、多功能硫化活性剂1～3份、抗撕裂树脂1.5～2.0份、氧化锌3～5份、防老剂2～5份、不溶性硫磺2.1～2.3份、促进剂1.0～1.1份、多壁碳纳米管1～2份；
所述天然橡胶的拉伸强度≥25.0MPa，扯断伸长率≥800％，撕裂强度≥30KN/m，压缩生热≤8℃，在臭氧浓度为100pphm、40℃、25％伸长条件下≥6h出裂。
优选的，所述天然橡胶为云南天然橡胶产业集团江城有限公司的国产高端天然橡胶曙光1#。
优选的，所述防老剂包括对苯二胺类防老剂4020和酮胺类防老剂S-RD；以所述天然橡胶的质量份数为基准，所述对苯二胺类防老剂4020的质量份数为1～3份；所述酮胺类防老剂S-RD的质量份数为1～2份。
优选的，所述白炭黑湿法胶的拉伸强度≥25.0MPa，扯断伸长率≥400％，300％定伸应力≥12.0MPa，炭黑分散度≥6.5级。
优选的，所述白炭黑湿法胶为勐腊县曼庄橡胶有限公司生产的白炭黑湿法胶SF175-50。
优选的，所述中超耐磨炭黑为中超耐磨炭黑N220；
所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂Si69；
所述热稳定剂为热稳定剂HS-80；
所述抗硫化返原剂为抗硫化返原剂WK-901；
所述多功能硫化活性剂为多功能硫化活性剂ZNZB%20746；
所述抗撕裂树脂为抗撕裂树脂SL-6903；
所述不溶性硫磺为不溶性硫磺HD%20OT%2020；
所述促进剂为次磺酰胺类促进剂NS或次磺酰胺类促进剂NOBS。
本发明提供了上述方案所述航空轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤：
将天然橡胶的塑炼胶进行混炼，当混炼温度升至90～95℃时，加入多壁碳纳米管、多功能硫化活性剂和热稳定剂继续混炼，当混炼温度从90～95℃升至100～105℃时，加入中超耐磨炭黑、白炭黑湿法胶和硅烷偶联剂继续混炼，待混炼温度从100～105℃升至140～145℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到一段混炼胶；
将所述一段混炼胶、抗撕裂树脂、氧化锌和防老剂进行混炼，当混炼的温度升至120～125℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到二段混炼胶；
将所述二段混炼胶、不溶性硫磺、促进剂和抗硫化返原剂进行混炼，当混炼的温度达到100～105℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到航空轮胎胎面胶。
优选的，各所述混炼在密炼机中进行；各所述下片在压片机中进行。
优选的，各所述停放的时间独立地为16～24h。
本发明提供了上述方案所述航空轮胎胎面胶或上述方案所述制备方法制备得到的航空轮胎胎面胶在航空轮胎中的应用。
本发明提供了一种航空轮胎胎面胶，以质量份数计，包括以下制备原料：天然橡胶88～92份、中超耐磨炭黑46～50份、白炭黑湿法胶12～18份、硅烷偶联剂2～3份、热稳定剂1～2份、抗硫化返原剂0.5～1份、多功能硫化活性剂1～3份、抗撕裂树脂1.5～2.0份、氧化锌3～5份、防老剂2～5份、不溶性硫磺2.1～2.3份、促进剂1.0～1.1份、多壁碳纳米管1～2份；所述天然橡胶的拉伸强度≥25.0MPa，扯断伸长率≥800％，撕裂强度≥30KN/m，压缩生热≤8℃，在臭氧浓度为100pphm、40℃、25％伸长条件下≥6h出裂。
天然橡胶是胎面胶的主要成分，天然橡胶的性能直接影响胎面胶的性能。本发明采用的天然橡胶具有弹性较高、生热低、拉伸强度高、撕裂强度高、扯断伸长率高、耐臭氧老化性能好的性能特点，从而有利于提高胎面胶相应的性能；在本发明中，多壁碳纳米管能提高橡胶胶料的导热、导电性能，同时可使胎面胶的耐磨性能大幅提高；使用中超耐磨炭黑作为补强剂，可使胶料的耐磨性能好，同时耐切割性能较好；使用白炭黑湿法胶具有比普通白炭黑更低的生热和更好的耐磨性能；硅烷偶联剂起到白炭黑与天然橡胶之间架桥的作用，使白炭黑湿法胶中的白炭黑与天然橡胶结合良好，使胶料具有拉伸强度高、撕裂强度高、定伸应力高、耐磨性能好、生热低的性能特点；热稳定剂和抗硫化返原剂，可使硫化胶具有良好的热稳定性和抗硫化返原性能，使轮胎在使用时胎面胶温度较高时橡胶不降解或少降解，可明显的提高胎面胶的耐热性能；多功能硫化活性剂，可使胶料具有耐扎性能较好、工艺性能好的特点。本发明通过将各制备原料的用量控制在上述范围且各组分配合作用，制备的航空轮胎胎面胶具有拉伸强度高、撕裂强度高、动态生热低、耐切割性能好、耐磨性能好、热稳定性好、耐臭氧老化性能好、耐屈挠龟裂性能好的性能特点。
本发明制备的航空轮胎胎面胶的性能如表1所示。
表1航空轮胎胎面胶的性能
具体实施方式
本发明提供了一种航空轮胎胎面胶，以质量份数计，包括以下制备原料：天然橡胶88～92份、中超耐磨炭黑46～50份、白炭黑湿法胶12～18份、硅烷偶联剂2～3份、热稳定剂1～2份、抗硫化返原剂0.5～1份、多功能硫化活性剂1～3份、抗撕裂树脂1.5～2.0份、氧化锌3～5份、防老剂2～5份、不溶性硫磺2.1～2.3份、促进剂1.0～1.1份、多壁碳纳米管1～2份；
所述天然橡胶的拉伸强度≥25.0MPa，扯断伸长率≥800％，撕裂强度≥30KN/m，压缩生热≤8℃，在臭氧浓度为100pphm、40℃、25％伸长条件下≥6h出裂。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
以质量份数计，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括天然橡胶88～92份，在本发明的实施例中，具体为88份、90份或92份。在本发明中，所述天然橡胶满足表2中所列的性能参数：
表2天然橡胶的性能参数
在本发明中，所述天然橡胶优选为云南天然橡胶产业集团江城有限公司生成的国产高端天然橡胶曙光1#。天然橡胶是胎面胶的主要成分，天然橡胶的性能直接影响胎面胶的性能。本发明采用的天然橡胶具有弹性较高、生热低、拉伸强度高、撕裂强度高、扯断伸长率高、耐臭氧老化性能好的性能特点，从而有利于提高胎面胶相应的性能。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括中超耐磨炭黑46～50份，在本发明的实施例中，具体为46份、48份或50份。在本发明中，所述中超耐磨炭黑优选为中超耐磨炭黑N220。本发明以中超耐磨炭黑作为补强剂，可使胎面胶的耐磨性能好，同时耐切割性能好。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括白炭黑湿法胶12～18份，优选为13～17份，更优选为14～16份。在本发明的实施例中具体为12份、15份或18份。在本发明中，所述白炭黑湿法胶优选满足表3所列性能。
表3白炭黑湿法胶的性能参数
在本发明中，所述白炭黑湿法胶优选为勐腊县曼庄橡胶有限公司生产的白炭黑湿法胶SF175-50。在本发明中，所述白炭黑湿法胶SF175-50是一种通过湿法混炼，在天然橡胶胶乳中加入白炭黑，并经干燥等工艺而得到的预分散白炭黑母胶，具有比干法混炼白炭黑的同类产品更低的生热、更好的耐磨性和更高的强度。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括硅烷偶联剂2～3份，在本发明的实施例中，具体为2份或3份。在本发明中，所述硅烷偶联剂优选为硅烷偶联剂Si69。在本发明中，所述硅烷偶联剂起到白炭黑与天然橡胶之间架桥的作用，使白炭黑湿法胶中的白炭黑与天然橡胶结合良好，使胶料具有拉伸强度高、撕裂强度高、定伸应力高、耐磨性能好、生热低的性能特点。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括热稳定剂1～2份，优选为1.5份。在本发明中，所述热稳定剂优选为热稳定剂HS-80。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括抗硫化返原剂0.5～1份，在本发明的实施例中，具体为0.5份、0.7份或1.0份。在本发明中，所述抗硫化返原剂优选为抗硫化返原剂WK-901。在本发明中，所述热稳定剂和抗硫化返原剂，可使硫化胶具有良好的热稳定性和抗硫化返原性能，使轮胎在使用时胎面胶温度较高时橡胶不降解或少降解，可明显的提高胎面胶的耐热性能。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括多功能硫化活性剂1～3份，优选为1.5～2.5份，更优选为2份。在本发明中，所述多功能硫化活性剂优选为多功能硫化活性剂ZNZB 746。本发明的多功能硫化活性剂可使胶料具有耐扎性能较好、工艺性能好的特点。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括抗撕裂树脂1.5～2.0份；在本发明的实施例中，具体为1.5份或2.0份。在本发明中，所述抗撕裂树脂优选为抗撕裂树脂SL-6903。在本发明中，所述抗撕裂树脂可提高胎面胶的抗撕裂性能。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括氧化锌3～5份，优选为4～5份，更优选为5份。在本发明中，所述氧化锌的作用是作为硫化活性剂。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括防老剂2～5份，优选为3～4份。在本发明中，所述防老剂优选包括对苯二胺类防老剂4020和酮胺类防老剂S-RD；以所述国产天然橡胶的质量份数为基准，所述对苯二胺类防老剂4020的质量份数为1～3份；所述酮胺类防老剂S-RD的质量份数为1～2份。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括不溶性硫磺2.1～2.3份；在本发明的实施例中，具体为2.1或2.3份。在本发明中，所述不溶性硫磺优选为不溶性硫磺HD OT 20。在本发明中，所述不溶性硫磺的作用是硫化剂。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括促进剂1.0～1.1份；在本发明的实施例中，具体为1.0份或1.1份。在本发明中，所述促进剂优选为次磺酰胺类促进剂NS或次磺酰胺类促进剂NOBS。
以所述天然橡胶的质量份数为基准，本发明提供的航空轮胎胎面胶的制备原料包括多壁碳纳米管1～2份；在本发明的实施例中，具体为1份或2份。在本发明中，所述多壁碳纳米管优选为山东大展纳米材料有限公司生产的多壁碳纳米管GTR-300-02。在本发明中，所述多壁碳纳米管GTR-300-02采用改性催化碳气相沉淀法(CCVD)制得，具有比表面积高(20～50m2/g)、碳相纯度高(含量≥98％)、外径分布窄、超高长径比(长度：3～12μm、内径：12～15nm)的特点，用于橡胶制品，具有高导电、高导热和高耐磨的性能。
本发明通过将各制备原料的用量控制在上述范围且各组分配合作用，制备的航空轮胎胎面胶具有拉伸强度高、撕裂强度高、动态生热低、耐切割性能好、耐磨性能好、热稳定性好、耐臭氧老化性能好、耐屈挠龟裂性能好的性能特点。
本发明提供了上述方案所述航空轮胎胎面胶的制备方法，包括以下步骤：
将天然橡胶的塑炼胶进行混炼，当混炼温度升至90～95℃时，加入多壁碳纳米管、多功能硫化活性剂和热稳定剂继续混炼，当混炼温度从90～95℃升至100～105℃时，加入中超耐磨炭黑、白炭黑湿法胶和硅烷偶联剂继续混炼，待混炼温度从100～105℃升至140～145℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到一段混炼胶；
将所述一段混炼胶、抗撕裂树脂、氧化锌和防老剂进行混炼，当混炼的温度升至120～125℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到二段混炼胶；
将所述二段混炼胶、不溶性硫磺、促进剂和抗硫化返原剂进行混炼，当混炼的温度达到100～105℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到航空轮胎胎面胶；
将所述航空轮胎胎面胶依次进行挤出和成型得到航空轮胎胎面胶。
本发明将天然橡胶的塑炼胶进行混炼，当混炼温度升至90～95℃时，加入多壁碳纳米管、多功能硫化活性剂和热稳定剂继续混炼，当混炼温度从90～95℃升至100～105℃时，加入中超耐磨炭黑、白炭黑湿法胶和硅烷偶联剂继续混炼，待混炼温度从100～105℃升至140～145℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到一段混炼胶。
本发明对所述天然橡胶的塑炼胶的制备过程没有特殊要求，采用本领域熟知的制备塑炼胶的过程即可。在本发明中，所述混炼优选在密炼机中进行；所述下片优选在压片机中进行。在本发明中，所述停放的时间优选为16～24h，更优选为18～22h。本发明在所述停放过程中，各原料会自行微分散，橡胶与炭黑会形成结合胶，混炼胶的性能提高。不经停放、直接进行二段混炼的混炼胶的性能会明显低于经过停放的混炼胶。本发明一段混炼加入多壁碳纳米管、多功能硫化活性剂、热稳定剂、中超耐磨炭黑、白炭黑湿法胶和硅烷偶联剂，可避免硅烷偶联剂和氧化锌、防老剂发生反应，减弱硅烷偶联剂和白炭黑的反应效果，白炭黑不能与天然橡胶很好地结合，胎面胶的耐磨性能和低生热性能下降。
得到一段混炼胶后，本发明将所述一段混炼胶、抗撕裂树脂、氧化锌和防老剂进行混炼，当混炼的温度升至120～125℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到二段混炼胶。在本发明中，所述混炼优选在密炼机中进行，所述下片优选在压片机中进行。在本发明中，所述停放的时间优选为16～24h，更优选为18～22h。本发明在二段混炼的时候加入抗撕裂树脂、氧化锌和防老剂，有助于抗撕裂树脂、氧化锌和防老剂混合均匀。
得到二段混炼胶后，本发明将所述二段混炼胶、不溶性硫磺、促进剂和抗硫化返原剂进行混炼，当混炼的温度达到100～105℃时，将得到的混合物进行下片，冷却、停放后得到航空轮胎胎面胶。在本发明中，所述混炼优选在密炼机中进行，所述下片优选在压片机中进行。在本发明中，所述停放的时间优选为16～24h，更优选为18～22h。不溶性硫磺、促进剂在高温下容易发生焦烧；抗硫化返原剂在高温下易提前释放S，导致轮胎使用时起不到抗硫化返原的作用，所以，放在三段混炼时加入。
本发明提供了上述方案所述航空轮胎胎面胶或上述方案所述制备方法制备得到的航空轮胎胎面胶在航空轮胎中的应用。本发明优选用挤出机将航空轮胎胎面胶挤出成胎面半成品；然后在成型机上将所述胎面半成品贴于胎体上部，制成轮胎胎坯；最后通过硫化机将所述轮胎胎坯硫化成为航空轮胎成品。
下面结合实施例对本发明提供的航空轮胎胎面胶及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3
实施例1～3的制备原料见表4。
航空轮胎胎面胶的制备方法如下：
一段混炼：
将天然橡胶塑炼胶投入密炼机，混炼温度为从80℃升至90℃；将多壁碳纳米管、多功能硫化活性剂、热稳定剂按照比例投入密炼机，混合密炼，混炼温度为从90℃升至100℃；将中超耐磨炭黑、白炭黑湿法胶、硅烷偶联剂按照比例投入密炼机，混合密炼，混炼温度为从100℃升至140℃；待混炼温度达到140℃，将混合物排出密炼机至压片机上下片，冷却，停放16h，得到一段混炼胶。
二段混炼：
将将抗撕裂树脂、氧化锌、防老剂按照比例与一段混炼胶一起投入密炼机，混合密炼，混炼温度为从80℃升至120℃；待混炼温度达到120℃，将混合物排出密炼机至压片机上下片，冷却，停放24h，得到二段混炼胶。
三段混炼：
将不溶性硫磺、次磺酰胺类促进剂、抗硫化返原剂按照比例与二段混炼胶一起投入密炼机，混合密炼至100℃；将混合物排出密炼机至压片机上下片，冷却，停放16h得到航空轮胎胎面胶。
用挤出机将航空轮胎胎面胶挤出成胎面半成品；在成型机上将胎面半成品贴于胎体上部，制成轮胎胎坯；通过硫化机将胎坯硫化而成为航空轮胎成品。
表4实施例1～3的制备原料
对实施例1～3制备的航空轮胎胎面胶进行性能测试，测试结果见表5。
表5实施例1～3及现有航空轮胎胎面胶的性能
由以上实施例可知，本发明的胎面胶具有压缩生热低、撕裂强度高、耐切割性能好、耐磨性能好、耐屈挠龟裂性能好、耐臭氧老化性能好、热稳定性好，且同时具有拉伸强度、扯断伸长率较高等优点，可用于航空轮胎。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
