專利名稱：一種降低輪胎胎面膠材料滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能的電子束改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及橡膠復(fù)合材料制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種降低輪胎胎面膠材料滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能的電子束改性方法。
背景技術(shù)：
理想的輪胎胎面膠材料應(yīng)具備低滾動(dòng)阻力，高耐磨性和良好抗?jié)窕?，但是這三大性能之間相互影響，相互制約，很難實(shí)現(xiàn)三者之間的平衡優(yōu)化，被稱為輪胎性能的“魔鬼
二任”
二用o傳統(tǒng)改性方法是調(diào)整胎面膠復(fù)合材料的配方，如開發(fā)應(yīng)用新型的填料和設(shè)計(jì)新型的橡膠原料。采用炭黑填充的方法，可賦予胎面膠較好的耐磨性，但往往滾動(dòng)阻力較高；采用偶聯(lián)劑改性處理的白炭黑填充方法，可降低胎面膠的滾動(dòng)阻力并提高抗?jié)窕阅埽欢湍バ阅茌^差；設(shè)計(jì)新型的橡膠材料來降低滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能的方法存在催化劑成本高、合成工藝苛刻復(fù)雜等問題。因此，如何采用簡(jiǎn)單有效的方法降低胎面滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能是本技術(shù)領(lǐng)域的研究難題。電子加速器產(chǎn)生的電子束是定向束，可在一定寬度上掃描，形成一種電子簾，產(chǎn)品經(jīng)輸送帶通過電子簾，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的輻照。電子加速器的輻照劑量調(diào)節(jié)方便，可以在不改變電子加速器參數(shù)的條件下，只調(diào)整傳輸帶的速度就可改變輻照劑量。電子加速器發(fā)射的是高能電子束，束流強(qiáng)度大，聚束性能好，能量利用率高，劑量率高并且可調(diào)，生產(chǎn)處理量大，而且在停機(jī)狀態(tài)下沒有輻射危害，對(duì)環(huán) 境不產(chǎn)生有害影響。

本發(fā)明中電子束輻照改性胎面膠材料的原理是通過電子加速器產(chǎn)生的束流激活橡膠大分子，產(chǎn)生活性自由基，這些自由基之間的相互結(jié)合，發(fā)生交聯(lián)，提高交聯(lián)密度，并使鍵能低的多硫鍵向鍵能高的單硫鍵轉(zhuǎn)變，提高橡膠復(fù)合材料的彈性，減少橡膠復(fù)合材料在動(dòng)態(tài)應(yīng)變下的形變，減少滯后損失，降低滾動(dòng)阻力；同時(shí)高能射線還可以破壞填料結(jié)構(gòu)，在填料表面形成活性點(diǎn)，這些活性點(diǎn)與橡膠發(fā)生反應(yīng)，可增強(qiáng)橡膠和填料的相互作用，使橡膠表面更加致密，提高耐磨性，減少在動(dòng)態(tài)應(yīng)變下填料網(wǎng)絡(luò)的破壞，減少填料粒子之間的相互摩擦，降低損耗。專利200710016031.6中提到先對(duì)未硫橡膠型材進(jìn)行化學(xué)硫化，形成半硫化膠后，
再應(yīng)用輻射技術(shù)對(duì)橡膠材料進(jìn)行輻射硫化。該專利中對(duì)化學(xué)預(yù)硫化的程度沒有明確說明，最重要的是經(jīng)過該工藝生產(chǎn)的胎面如何與骨架材料(簾布層)進(jìn)行有效粘結(jié)也未提及，在實(shí)際應(yīng)用中存在困難。本專利發(fā)明的方法可以直接應(yīng)用于完全硫化好的輪胎胎面的輻照改性，以提高其耐磨性和降低滾動(dòng)阻力，無需胎面與骨架再粘接過程，為成品輪胎表面改性提供一個(gè)新的技術(shù)途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，給出一種降低輪胎胎面膠材料滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能的電子束改性方法，該工藝可以有效的改善橡膠復(fù)合材料的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提高橡膠和填料的相互作用，降低滾動(dòng)阻力，提高耐磨性能。本發(fā)明所描述的一種降低滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能的電子束改性胎面方法，是對(duì)已經(jīng)完全硫化的胎面膠材料進(jìn)行輻照改性:首先制備得到橡膠復(fù)合材料的混煉膠，經(jīng)過熱硫化后制得硫化膠，然后將硫化膠放在傳送裝置上，傳送裝置通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化膠的輻照，制得最終制品。其中橡膠復(fù)合材料從電子加速器的掃描窗下通過進(jìn)行輻照時(shí)，傳送速度為0.001-200m/min,電子加速器采用低能電子加速器，電子加速器的加速電壓為0.01-5MeV,電子加速器的束流為0.001-200mA，橡膠復(fù)合材料的吸收劑量為0.001-600kGy。輻照條件為:溫度為-20°C 100°C，壓力為常壓，輻照氣氛為空氣氣氛或惰性氣體氣氛，通過1-100次輻照完成輪胎胎面的改性。本發(fā)明所提出的電子束改性胎面膠材料方法，可以用于外建加速器裝置，對(duì)輪胎生產(chǎn)線下線的完全硫化的輪胎實(shí)現(xiàn)離線輻照，也可以在輪胎生產(chǎn)線上增加電子加速器裝置來實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線輻照。本發(fā)明所提出的輪胎胎面膠材料電子束改性方法，通過1-100次輻照完成輪胎胎面的改性。本發(fā)明所提出的輪胎胎面膠材料電子束改性方法，可以通過調(diào)整電子加速器的加速電壓控制穿透深度。本發(fā)明所提出的輪胎胎面膠材料電子束改性方法，可以通過調(diào)節(jié)加速電壓、束流強(qiáng)度和傳送速度，準(zhǔn)確的控制輻照劑量。本發(fā)明所提出的輪胎胎面膠材料電子束改性方法，可以通過調(diào)整電子加速器輻照劑量，準(zhǔn)確控制表面改性程度，這是常規(guī)表面改性方法難以實(shí)現(xiàn)的。由于采用上述電子束輻照技術(shù)對(duì)胎面進(jìn)行輻照處理，使得本發(fā)明達(dá)到如下效果:經(jīng)過電子束輻照改性后，輪胎胎面膠材料的耐磨性提高、滾動(dòng)阻力降低，達(dá)到了本發(fā)明的目的。


圖1a為本發(fā)明所用胎面膠材料(對(duì)比例)的結(jié)合膠的透射電鏡照片，圖1b為本發(fā)明電子束輻照改性胎面膠材料(實(shí)施例5)的結(jié)合膠的透射電鏡照片。電鏡照片顯示，電子束輻照改性后，結(jié)合膠的厚度大于沒有改性的，說明橡膠和填料的相互作用增強(qiáng)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。對(duì)比例本對(duì)比例中胎面膠的配方為:天然膠70phr, 丁苯膠30phr,氧化鋅3phr,硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.1phr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。

首先制備得到輪胎膠面膠的混煉膠，將混煉膠在150°C下，硫化30min，制得胎面膠的硫化膠。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，硫化膠的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。
實(shí)施例1本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr，丁苯膠30phr，氧化鋅3phr，硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.1phr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為300C，常壓、空氣氣氛，輻照次數(shù)為5次，加速電壓為5MeV，束流強(qiáng)度為30mA，輻照劑量為IOOkGy,通過速度為80m/min鐘。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，輻照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。實(shí)施例2本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr，丁苯膠30phr，氧化鋅3phr，硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.1phr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為-10°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數(shù)為100次，加速電壓為2MeV，束流強(qiáng)度為100mA，輻照劑量為600kGy，通過速度為200m/min鐘。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，輻照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。實(shí)施例3本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr，丁苯膠30phr，氧化鋅3phr，硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.1phr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為100°C，常壓、氮?dú)鈿夥?，輻照次?shù)為I次，加速電壓為IMeV，束流強(qiáng)度為0.001mA，輻照劑量為0.0OlkGy，通過速度為0.001m/min鐘。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試，輻照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。實(shí)施例4本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr，丁苯膠30phr，氧化鋅3phr，硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.1phr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為_20°C、常壓、空氣氣氛，輻照次數(shù)為60次，加速電壓為3MeV，束流強(qiáng)度為200mA，輻照劑量為300kGy,通過速度為150m/min鐘。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試,福照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。

實(shí)施例5本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr，丁苯膠30phr，氧化鋅3phr，硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.lphr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為50°C，常壓、氦氣氣氛，輻照次數(shù)為0°C，加速電壓為0.0lMeV，束流強(qiáng)度為60mA，輻照劑量為50kGy,通過速度為30m/min。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試,福照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。實(shí)施例6本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr，丁苯膠30phr，氧化鋅3phr，硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.lphr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為15°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數(shù)為20次，加速電壓為2MeV，束流強(qiáng)度為45mA，輻照劑量為IOOkGy,通過速度為50m/min。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試,福照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。實(shí)施例7本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr, 丁苯膠30phr,氧化鋅3phr,硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.lphr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫 磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為50°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數(shù)為70次，加速電壓為5MeV，束流強(qiáng)度為65mA，輻照劑量為450kGy,通過速度為30m/min。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試,福照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。實(shí)施例8本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr，丁苯膠30phr，氧化鋅3phr，硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.lphr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為250C，常壓、氮?dú)鈿夥?，輻照次?shù)為20次，加速電壓為3.5MeV,束流強(qiáng)度為50mA，輻照劑量為200kGy,通過速度為45m/min。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試,福照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。實(shí)施例9本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr, 丁苯膠30phr,氧化鋅3phr,硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.lphr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為35°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數(shù)為60次，加速電壓為5MeV，束流強(qiáng)度為45mA，輻照劑量為500kGy,通過速度為80m/min。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試,福照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表I。實(shí)施例10本實(shí)施例中胎面膠的配方為:天然膠70phr, 丁苯膠30phr,氧化鋅3phr,硬脂酸3phr,防老劑4010NA2phr,防老劑RD2phr,固體石臘1.5phr,炭黑(N330) 50phr,促進(jìn)劑CZl.lphr,促進(jìn)劑 D0.3phr,硫磺 0.5。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，傳送帶通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時(shí)，輻照溫度為20°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數(shù)為5次，加速電壓為2.5MeV，束流強(qiáng)度為30mA，輻照劑量為150kGy,通過速度為10m/min。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行各項(xiàng)性能測(cè)試,福照改性胎面膠材料的物理機(jī)械性能參數(shù)見表1。表權(quán)利要求
1.一種降低輪胎胎面膠材料滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能的電子束改性方法，其特征在于:對(duì)已經(jīng)完全硫化的胎面進(jìn)行輻照改性:首先制備得到橡膠復(fù)合材料的混煉膠，經(jīng)過熱硫化制得硫化膠，然后將硫化膠放在傳送裝置上，通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，實(shí)現(xiàn)對(duì)硫化膠的輻照，制得最終制品；其中胎面從電子加速器的掃描窗下通過進(jìn)行輻照時(shí)，傳送速度為0.001-200m/min,電子加速器采用低能電子加速器，電子加速器的加速電壓為0.01-5MeV，電子加速器的束流為0.001-200mA，橡膠復(fù)合材料的吸收劑量為0.001-600kGy ;輻照條件為:溫度為-20°C 100°C，壓力為常壓，輻照氣氛為空氣氣氛或惰性氣體氣氛，通過1-100次輻照完成輪胎胎面的改性。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:通過外建加速器裝置對(duì)已經(jīng)完全硫化的輪胎實(shí)現(xiàn)離線輻照，或者在 輪胎生產(chǎn)線上增加電子加速器裝置來實(shí)現(xiàn)連續(xù)的在線輻照。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種降低輪胎胎面膠材料滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能的電子束改性方法。將輪胎胎面膠硫化膠放在傳送帶上，通過安裝在輻照室內(nèi)的電子束加速器的掃描窗，完成對(duì)硫化膠的輻照改性，旨在改善橡膠復(fù)合材料的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，提高橡膠和填料的相互作用，降低滾動(dòng)阻力，提高耐磨性能。本發(fā)明采用電子束輻照這種簡(jiǎn)單有效的方法降低胎面滾動(dòng)阻力和提高耐磨性能，為成品輪胎表面改性提供一個(gè)新的技術(shù)途徑。
文檔編號(hào)C08K5/09GK103073735SQ20131003121
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月27日
發(fā)明者劉力, 申晶, 張立群, 楊裕生, 溫世鵬, 張法忠 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)