[发明专利]一种含硅橡胶的高耐磨低滚动阻力胎面胶料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种含硅橡胶的高耐磨低滚动阻力胎面胶料及其制备方法，将硅橡胶加入胎面胶料中，并利用多硫醇化合物反应增容硅橡胶与丁苯橡胶，使其具有改进的相容性，降低滚动阻力，提高耐磨性，属橡胶配方与加工技术领域，可用于绿色轮胎胎面橡胶制造。

背景技术：

硅橡胶具有优异的耐高低温性能、耐老化性能以及不依赖石油资源等特点，然而由于其力学强度较低，限制了其在结构橡胶中的应用。与此同时，硅橡胶与传统二烯类橡胶如丁苯橡胶、天然橡胶等相容性差，又由于不饱和度的差别，难以实现硅橡胶与二烯类橡胶的共硫化，因此硅橡胶与二烯类橡胶的共混并用困难。文献《硅橡胶/丁苯橡胶并用胶的硫化特性及性能研究》(唐斌,刘嘉,米志安,等.有机硅材料,2013,27(6):448-450.)中采用150℃热捏合1h的方法改善硅橡胶与丁苯橡胶的相容性，但效果有限且效率较低。

硅橡胶的分子链十分柔顺，玻璃化转变温度低于胎面胶中常用的顺丁橡胶，理论上能够大幅改善轮胎耐磨性(即延长轮胎寿命)并降低滚动阻力(即降低汽车油耗)，同时对抗湿滑性(行驶安全)影响不大，从而达到更好的“滚动阻力-耐磨性-抗湿滑性”的性能平衡。然而实验中发现，硅橡胶的加入虽然大大提高了胶料耐磨性，但由于硅橡胶与丁苯橡胶相容性的问题，相界面作用弱，动态生热高，在不使用相容剂的条件下，并没有达到降低滚动阻力的效果，也正因如此，目前硅橡胶在轮胎中的应用仅见于耐火耐高温轮胎的专利，如《用于制造防火耐高温特种安全轮胎的材料》(CN 102492190 A)。

为了提高硅橡胶与丁苯橡胶的相容性，降低滚动阻力，本发明利用多硫醇化合物中的巯基分别与硅橡胶和丁苯橡胶中的双键发生化学反应，通过化学键将硅橡胶分子链与丁苯橡胶分子链连接起来，以期最大程度地改善硅橡胶与丁苯橡胶的界面作用和提高相容性，如图1所示，最终提高力学性能和降低滚动阻力。

巯基与双键的加成反应属点击化学范畴，具有反应活性高，条件温和等特点，应用于本发明中，可以实现在橡胶混炼过程中的动态剪切条件下进行反应，保证硅橡胶相与丁苯橡胶相的充分接触反应，同时工艺也较为简便高效。

发明内容：

本发明的目的在于通过向胎面胶中加入硅橡胶，提高胶料耐磨性，并通过多硫醇化合物动态反应增容的方法增加硅橡胶和丁苯橡胶的相容性，从而改进胎面胶的动态、静态力学性能，制备高耐磨低滚动阻力胎面胶料。

一种含硅橡胶的高耐磨低滚动阻力胎面胶料，其特征在于，组合物中各组分用量为：相对于丁苯橡胶与硅橡胶总质量份100，丁苯橡胶质量份为50-95，硅橡胶质量份为5-50，多硫醇化合物质量份为0.01-30，其他组分按质量份计分别为：白炭黑40-100，炭黑0-70，操作油0-40，羟基硅油0-15，硅烷偶联剂0-12，防老剂0-5，石蜡0-3，氧化锌0-5，硬脂酸0-3，硫化促进剂0-5，硫磺0-3，自由基引发剂0.1-5。

所述的一种含硅橡胶的高耐磨低滚动阻力胎面胶料的制备工艺，其特征在于，其步骤如下：

(1)将硅橡胶先与多硫醇化合物、自由基引发剂混合，形成硅橡胶与多硫醇化合物及自由基引发剂的预混物；

(2)将所述硅橡胶与多硫醇化合物及自由基引发剂的预混物先进行热压处理，该热压过程在平板硫化机中进行，热压温度60℃-200℃，热压时间1-20分钟，压力5-15MPa；

(3)将热压过的预混物与所述丁苯橡胶混合并进行动态热处理，该动态热处理是使用有升温功能的双辊开炼机或密炼机或螺杆挤出机在温度为60℃-200℃剪切条件下混合1-20分钟的过程；

(4)待上述动态热处理完毕后再按配方加入其他组分，混合均匀后在平板硫化机上硫化，硫化温度140-180℃，时间5-60分钟，压力5-15MPa。

更为具体的，一种含硅橡胶的高耐磨低滚动阻力胎面胶料，其中：

(1)所述硅橡胶为含乙烯基的聚硅氧烷，包括但不限于聚甲基乙烯基硅氧烷和聚甲基乙烯基苯基硅氧烷，该含乙烯基的聚硅氧烷具有数均分子量10000-1000000，优选50000-600000；乙烯基占总侧基含量的摩尔分数为0.05％-20％，优选0.15％-10％；苯基占总侧基含量的摩尔分数为0％-20％；甲基占总侧基含量的摩尔分数为60％-99.95％。这是由于高的分子量有利于保持硫化胶的力学性能，高的乙烯基含量能保证反应增容和硫化的程度，高的苯基含量有利于提高硅橡胶与丁苯橡胶的相容性，然而在硅橡胶制备时通常难以同时达到高的分子量和高的乙烯基、苯基含量，因此要在分子量和乙烯基、苯基含量中作一平衡。