專利名稱：一種降低輪胎胎面膠材料滾動阻力和提高耐磨性能的電子束改性方法
技術領域：
本發(fā)明涉及橡膠復合材料制造技術領域，具體涉及一種降低輪胎胎面膠材料滾動阻力和提高耐磨性能的電子束改性方法。
背景技術：
理想的輪胎胎面膠材料應具備低滾動阻力，高耐磨性和良好抗?jié)窕裕沁@三大性能之間相互影響，相互制約，很難實現三者之間的平衡優(yōu)化，被稱為輪胎性能的“魔鬼
二任”
二用o傳統(tǒng)改性方法是調整胎面膠復合材料的配方，如開發(fā)應用新型的填料和設計新型的橡膠原料。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阻力并提高抗?jié)窕阅埽欢湍バ阅茌^差；設計新型的橡膠材料來降低滾動阻力和提高耐磨性能的方法存在催化劑成本高、合成工藝苛刻復雜等問題。因此，如何采用簡單有效的方法降低胎面滾動阻力和提高耐磨性能是本技術領域的研究難題。電子加速器產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，產品經輸送帶通過電子簾，實現對樣品的輻照。電子加速器的輻照劑量調節(jié)方便，可以在不改變電子加速器參數的條件下，只調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，束流強度大，聚束性能好，能量利用率高，劑量率高并且可調，生產處理量大，而且在停機狀態(tài)下沒有輻射危害，對環(huán) 境不產生有害影響。

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生的束流激活橡膠大分子，產生活性自由基，這些自由基之間的相互結合，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變，提高橡膠復合材料的彈性，減少橡膠復合材料在動態(tài)應變下的形變，減少滯后損失，降低滾動阻力；同時高能射線還可以破壞填料結構，在填料表面形成活性點，這些活性點與橡膠發(fā)生反應，可增強橡膠和填料的相互作用，使橡膠表面更加致密，提高耐磨性，減少在動態(tài)應變下填料網絡的破壞，減少填料粒子之間的相互摩擦，降低損耗。專利200710016031.6中提到先對未硫橡膠型材進行化學硫化，形成半硫化膠后，
再應用輻射技術對橡膠材料進行輻射硫化。該專利中對化學預硫化的程度沒有明確說明，最重要的是經過該工藝生產的胎面如何與骨架材料(簾布層)進行有效粘結也未提及，在實際應用中存在困難。本專利發(fā)明的方法可以直接應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新的技術途徑。

發(fā)明內容
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合材料的交聯(lián)網絡，提高橡膠和填料的相互作用，降低滾動阻力，提高耐磨性能。本發(fā)明所描述的一種降低滾動阻力和提高耐磨性能的電子束改性胎面方法，是對已經完全硫化的胎面膠材料進行輻照改性:首先制備得到橡膠復合材料的混煉膠，經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的電子束加速器的掃描窗，實現對硫化膠的輻照，制得最終制品。其中橡膠復合材料從電子加速器的掃描窗下通過進行輻照時，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，對輪胎生產線下線的完全硫化的輪胎實現離線輻照，也可以在輪胎生產線上增加電子加速器裝置來實現連續(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，可以通過調節(jié)加速電壓、束流強度和傳送速度，準確的控制輻照劑量。本發(fā)明所提出的輪胎胎面膠材料電子束改性方法，可以通過調整電子加速器輻照劑量，準確控制表面改性程度，這是常規(guī)表面改性方法難以實現的。由于采用上述電子束輻照技術對胎面進行輻照處理，使得本發(fā)明達到如下效果:經過電子束輻照改性后，輪胎胎面膠材料的耐磨性提高、滾動阻力降低，達到了本發(fā)明的目的。


圖1a為本發(fā)明所用胎面膠材料(對比例)的結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(實施例5)的結合膠的透射電鏡照片。電鏡照片顯示，電子束輻照改性后，結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。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。對比例本對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,促進劑CZl.1phr,促進劑 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。按國家標準進行各項性能測試，硫化膠的物理機械性能參數見表I。
實施例1本實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,促進劑CZl.1phr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為300C，常壓、空氣氣氛，輻照次數為5次，加速電壓為5MeV，束流強度為30mA，輻照劑量為IOOkGy,通過速度為80m/min鐘。按國家標準進行各項性能測試，輻照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。實施例2本實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,促進劑CZl.1phr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為-10°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數為100次，加速電壓為2MeV，束流強度為100mA，輻照劑量為600kGy，通過速度為200m/min鐘。按國家標準進行各項性能測試，輻照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。實施例3本實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,促進劑CZl.1phr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為100°C，常壓、氮氣氣氛，輻照次數為I次，加速電壓為IMeV，束流強度為0.001mA，輻照劑量為0.0OlkGy，通過速度為0.001m/min鐘。按國家標準進行各項性能測試，輻照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。實施例4本實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,促進劑CZl.1phr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為_20°C、常壓、空氣氣氛，輻照次數為60次，加速電壓為3MeV，束流強度為200mA，輻照劑量為300kGy,通過速度為150m/min鐘。按國家標準進行各項性能測試,福照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。

實施例5本實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,促進劑CZl.lphr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為50°C，常壓、氦氣氣氛，輻照次數為0°C，加速電壓為0.0lMeV，束流強度為60mA，輻照劑量為50kGy,通過速度為30m/min。按國家標準進行各項性能測試,福照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。實施例6本實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,促進劑CZl.lphr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為15°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數為20次，加速電壓為2MeV，束流強度為45mA，輻照劑量為IOOkGy,通過速度為50m/min。按國家標準進行各項性能測試,福照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。實施例7本實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,促進劑CZl.lphr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為50°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數為70次，加速電壓為5MeV，束流強度為65mA，輻照劑量為450kGy,通過速度為30m/min。按國家標準進行各項性能測試,福照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。實施例8本實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,促進劑CZl.lphr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為250C，常壓、氮氣氣氛，輻照次數為20次，加速電壓為3.5MeV,束流強度為50mA，輻照劑量為200kGy,通過速度為45m/min。按國家標準進行各項性能測試,福照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。實施例9本實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,促進劑CZl.lphr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為35°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數為60次，加速電壓為5MeV，束流強度為45mA，輻照劑量為500kGy,通過速度為80m/min。按國家標準進行各項性能測試,福照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表I。實施例10本實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,促進劑CZl.lphr,促進劑 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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照。硫化膠從電子加速器的掃描窗下通過時，輻照溫度為20°C，常壓、空氣氣氛，輻照次數為5次，加速電壓為2.5MeV，束流強度為30mA，輻照劑量為150kGy,通過速度為10m/min。按國家標準進行各項性能測試,福照改性胎面膠材料的物理機械性能參數見表1。表權利要求
1.一種降低輪胎胎面膠材料滾動阻力和提高耐磨性能的電子束改性方法，其特征在于:對已經完全硫化的胎面進行輻照改性:首先制備得到橡膠復合材料的混煉膠，經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的電子束加速器的掃描窗，實現對硫化膠的輻照，制得最終制品；其中胎面從電子加速器的掃描窗下通過進行輻照時，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.如權利要求1所述的方法，其特征在于:通過外建加速器裝置對已經完全硫化的輪胎實現離線輻照，或者在 輪胎生產線上增加電子加速器裝置來實現連續(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的電子束加速器的掃描窗，完成對硫化膠的輻照改性，旨在改善橡膠復合材料的交聯(lián)網絡，提高橡膠和填料的相互作用，降低滾動阻力，提高耐磨性能。本發(fā)明采用電子束輻照這種簡單有效的方法降低胎面滾動阻力和提高耐磨性能，為成品輪胎表面改性提供一個新的技術途徑。
文檔編號C08K5/09GK103073735SQ20131003121
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月27日 優(yōu)先權日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 申請人:北京化工大學