本發明涉及汽車輪胎技術領域，尤其是涉及一種使用可再生稻殼源白炭黑的輪胎胎面膠及其制備工藝。
背景技術：
汽車工業是我國輪胎發展的巨大推動力，隨著汽車工業產品結構調整，特別是新能源汽車的開發將大大帶動我國綠色輪胎、節能環保輪胎等新結構輪胎的開發。綠色輪胎的發展必須以綠色材料、綠色工藝、綠色裝備等為基礎，綠色輪胎的發展也必將帶動相關產業的綠色化，實現綠色制造，因此，“綠色輪胎”越來越多地擔當起帶動我國輪胎產業新一輪革命性發展的重要使命。
綠色輪胎發展至今，不僅僅是一個環保概念，它更深層次地要求輪胎整個生命周期都是綠色的。隨著技術的不斷推進和社會的發展，綠色輪胎與綠色制造不斷聯系起來，人們目前眼中的綠色輪胎已不僅是“硅輪胎”，而是將輪胎的全生產過程綠色化作為戰略目標，包括綠色材料、綠色產品、綠色工藝，也包括產品終端的綠色服務以及資源綜合利用等。綠色新材料是綠色輪胎的基礎。材料工業是國民經濟基礎產業，綠色輪胎離不開綠色新材料的支撐。尋求和發展創新、綠色、環保、高效的新型材料，可在“綠色革命”的浪潮中槍戰先機和一席之地。
目前，從大自然中尋找可再生的替代原材料，已經成為輪胎行業的研發趨勢。輪胎制造商樂此不疲的原因在于：一方面，工程師們從植物提取物中可以找到提高產品性能的辦法。而另一方面，隨著燃油價格的不斷上漲和人們環保意識的提高，如今輪胎行業比拼的不僅是產品性能，贏得消費者好感的一個重要指標是誰的產品更低碳環保。也就是說，研發、利用新型生態材料有利于樹立起綠色環保的公司形象。
炭黑就作為主要填充劑或補強劑被應用于包括輪胎在內的膠料配方中，但其生產過程大量消耗石油資源，高溫燃燒排放大量二氧化碳氣體，應用時也給硫化帶來較大的滯后損失和生熱。法國米其林在1992年推出了稱之為“綠色輪胎”的第一代環保節能胎，該類輪胎的胎面是用白炭黑加偶聯劑作填料制造的，其滾動阻力較之一般輪胎降低約30％，減少汽車廢氣效果顯著。自此以后，眾多輪胎廠紛紛效仿。使白炭黑成為高性能輪胎必不可缺的補強添加劑。傳統白炭黑主要是以從礦石資源獲得的硅酸鹽(俗稱水玻璃)作為硅源，水玻璃經過酸處理得到二氧化硅，但近年來高品位礦砂越來越少，低品位硅砂雜質含量多，提純困難，且高溫高壓反應裝置能耗大，占總成本的70％。
白炭黑能夠顯著降低輪胎的滾阻，提高輪胎的抗濕滑性能。膠料中白炭黑的填充量除了要考慮輪胎的性能外，還要考慮其分散度。白炭黑在膠料中的分散性能受到填充量的影響，當純膠質量份為100份的配方中加入約90質量份的白炭黑時，白炭黑的分散就比較困難。因此，白炭黑在膠料中填充量受到限制，無法大量使用。
技術實現要素：
本發明的目的在于解決現有技術中制備輪胎的胎面膠主要采用不可再生原材料的問題，提供一種使用可再生稻殼源白炭黑的輪胎胎面膠，采用低成本、可再生的稻殼源白炭黑，易分散，可大量添加；采用班伯里密煉機結合串聯式密煉機的方式混煉，提高硅烷化反應程度，提高白炭黑分散等級，顯著提升膠料的抗濕滑性，提升輪胎使用安全性，同時能夠為稻殼處理提供新途徑。
本發明是采用以下的技術方案實現的：
一種使用可再生稻殼源白炭黑的輪胎胎面膠，按照重量份計，包括：釹系順丁橡膠10～30份，溶聚丁苯橡膠96.25～123.75份，稻殼源白炭黑80～110份，活性劑0.5～9.5份，硅烷偶聯劑12.8～16份，白炭黑分散劑1～5份，環保芳烴油3～6份，防老劑0.5～5.5份，防護蠟1.5～3份，促進劑0.3～7.1份、硫磺-80 1～3份。
上述技術方案，進一步地，活性劑采用硬脂酸和氧化鋅，所述硬脂酸0.5～2.5份，氧化鋅3～7份。
上述技術方案，進一步地，所述防老劑采用喹啉類防老劑和胺類防老劑。
上述技術方案，進一步地，防老劑采用防老劑RD和防老劑4020，所述防老劑RD 0.5～2份，防老劑4020 1～3.5份。
上述技術方案，進一步地，所述促進劑為次磺酰胺類、二硫代氨基甲酸鹽類和二苯胍類促進劑。
上述技術方案，進一步地，促進劑采用促進劑DPG、促進劑NS-80和促進劑NS-80，所述促進劑DPG 1～3.5份，促進劑NS-80 1.5～3份，促進劑ZBEC-80 0.3～0.6份。
上述技術方案，進一步地，所述環保芳烴油，芳烴含量為20～30wt％，環烷烴含量為25～35wt％，鏈烴含量為40～50wt％。
上述技術方案，進一步地，按照重量份計，包括：釹系順丁橡膠25份，溶聚丁苯橡膠103份，稻殼源白炭黑95份，活性劑5.5份，硅烷偶聯劑15.2份，白炭黑分散劑3.8份，環保芳烴油4.5份，防老劑4.3份，防護蠟1.2份，促進劑6.06份，硫磺-80 2.2份。
上述技術方案，進一步地，所述活性劑包括硬脂酸2.0份及氧化鋅3.5份；防老劑包括防老劑RD 1.8份及防老劑4020 2.5份；促進劑包括促進劑DPG 2.6份，促進劑NS-80 2.9份及促進劑ZBEC-80 0.56份。
本發明還提供一種使用可再生稻殼源白炭黑的輪胎胎面膠的制備工藝，采用班伯里密煉機結合串聯式密煉機的方式混煉，包括以下步驟：
(1)一段混煉膠：將班伯里密煉機轉速調至40～60r/min，將釹系順丁橡膠、溶聚丁苯橡膠、60％稻殼源白炭黑、75％硅烷偶聯劑、防護蠟、硬脂酸、白炭黑分散劑、促進劑DPG加入，壓上頂栓混煉20～40s；升上頂栓，加入15％稻殼源白炭黑，密煉機轉速降低至35～55r/min，壓上頂栓，混煉15～25s；升上頂栓清掃，密煉機轉速降低至25～35r/min，壓上頂栓混煉，溫度達到140℃時升上頂栓保持7～12s；壓上頂栓進入恒溫混煉，在152℃溫度下恒溫50～80s；開卸料門排膠，控制排膠溫度150～155℃；開煉機下片，冷卻建垛；
(2)終煉膠：將上層密煉機轉速調至30～45r/min，將一段混煉膠、25％稻殼源白炭黑、25％硅烷偶聯劑、環保芳烴油、防老劑RD、防老劑4020加入，壓上頂栓混煉30s；升上頂栓加入氧化鋅，密煉機轉速降低至20～35r/min，壓上頂栓，溫度達到140℃時，升上頂栓清掃，密煉機轉速降低至10～20r/min，壓上頂栓進入恒溫混煉，在152℃溫度下恒溫50～80s，開卸料門排膠至轉速為33～42r/min的下層密煉機GK590T中，在152℃溫度下恒溫160～220s，開卸料門排膠，控制排膠溫度150～155℃；
膠料經擠出機擠出排至開煉機均化250～350s后，加入硫磺-80、促進劑NS-80、促進劑ZBEC-80，輥距從4.5mm逐漸調整為3.0mm，在開煉機上繼續混煉450～550s，開煉機下片，冷卻建垛。
上述技術方案，進一步地，所述上下層密煉機的型號分別為GK320E和GK590T，轉子類型均為PES5。
本發明的有益效果是：
利用稻谷殼、谷殼灰生產的白炭黑介于沉淀法與氣相法之間。它的成本不但遠遠低于氣相法，且它的質量接近氣相法但卻遠遠高于沉淀法。原料具有再生性、可持續性、環保性。使用稻殼源白炭黑生產汽車輪胎，可以使輪胎在原材料環節更加環保。
根據聯合國糧食農業組織的統計數據，全球每年收獲的稻谷超過7億噸，大多作為初級燃料利用，燃燒后的稻殼灰被運往垃圾填滿場填埋，污染環境。本發明利用稻殼燃燒后提取的白炭黑，研發出高填充量、高性能輪胎胎面膠配方及其混煉工藝，可應用于高性能綠色輪胎。這項發明的實施為稻殼灰的處理提供了新的途徑，極大減少運往垃圾填滿場的廢棄稻殼灰，從而對環境產生積極的影響；利用稻殼灰提取輪胎生產所需的白炭黑不僅可以實現資源的充分利用，提高農副產品附加值和經濟效益，還能從原材料和制造流程上使輪胎更加環保，使消費者從中獲益。
采用本發明的胎面膠制備的產品更加低碳環保，有利于樹立起綠色環保的公司形象，能夠贏得消費者好感，增強消費者對品牌的忠誠度。
采用班伯里密煉機結合串聯式密煉機的方式混煉，能夠實現白炭黑的大量填充以提高胎面膠各項性能，特別是抗濕滑性能得到顯著提高。
具體實施方式
為了能夠更加清楚地理解本發明的上述目的、特征和優點，下面結合實施例對本發明做進一步說明。
一種使用可再生稻殼源白炭黑的輪胎胎面膠，按照重量份計，包括：
釹系順丁橡膠10～30份、優選15～25份、更優選25份；
溶聚丁苯橡膠96.25～123.75份、優選90～110份、更優選103份；
稻殼源白炭黑80～110份、優選85～105份、更優選95份；
活性劑0.5～9.5份、優選5～8份、更優選5.5份；
硅烷偶聯劑12.8～16份，優選13.6～16.8份、更優選15.2份；
白炭黑分散劑1～5份，優選2～4份、更優選3.8份；
環保芳烴油3～6份、優選4～6份、更優選4.5份；
防老劑0.5～5.5份、2.5～4.5份、更優選4.3份；
防護蠟1～3份、優選1.2～2.5份、更優選1.2份；
促進劑0.3～7.1份、優選3.35～6.5份、更優選6.06份；
硫磺-80 1～3份、優選1.5～2.5份、更優選2.2份。
釹系順丁橡膠1,4～順式含量≥98％；ML(1+4)100℃35～50。
溶聚丁苯橡膠充油質量分數為27.3％，結合苯乙烯含量20～30％，乙烯基含量50～65％；ML(1+4)100℃50～60。
稻殼源白炭黑氮吸附比表面積160～190m2/g。
環保芳烴油中芳烴含量為20～30wt％，環烷烴含量為25～35wt％，鏈烴含量為40～50wt％。
活性劑采用硬脂酸和氧化鋅，所述硬脂酸0.5～2.5份，氧化鋅3～7份。
硅烷偶聯劑為Si69與炭黑N330按照質量比1:1組成的混合物。
防老劑采用喹啉類防老劑、優選防老劑RD 0.5～2份，以及胺類防老劑、優選防老劑4020 1～3.5份。
促進劑采用次磺酰胺類、優選二硫代氨基甲酸鹽類和二苯胍類促進劑、優選采用促進劑DPG、促進劑NS-80和促進劑NS-80，更優選促進劑DPG 1～3.5份，促進劑NS-80 1.5～3份，促進劑ZBEC-80 0.3～0.6份。
方法
本發明還提供一種使用可再生稻殼源白炭黑的輪胎胎面膠的制備工藝：采用班伯里密煉機結合串聯式密煉機的方式混煉：包括：
一段混煉膠：將班伯里密煉機轉速調至40～60r/min，將釹系順丁橡膠、溶聚丁苯橡膠、60％稻殼源白炭黑、75％硅烷偶聯劑、防護蠟、硬脂酸、白炭黑分散劑、促進劑DPG加入，壓上頂栓混煉20～40s；升上頂栓，加入15％稻殼源白炭黑，密煉機轉速降低至35～55r/min，壓上頂栓，混煉15～25s；升上頂栓清掃，密煉機轉速降低至25～35r/min，壓上頂栓混煉，溫度達到140℃時升上頂栓保持7～12s；壓上頂栓進入恒溫混煉，在152℃溫度下恒溫50～80s；開卸料門排膠，控制排膠溫度150～155℃；開煉機下片，冷卻建垛；
終煉膠：將上層密煉機轉速調至30～45r/min，將一段混煉膠、25％稻殼源白炭黑、25％硅烷偶聯劑、環保芳烴油、防老劑RD、防老劑4020加入，壓上頂栓混煉30s；升上頂栓加入氧化鋅，密煉機轉速降低至20～35r/min，壓上頂栓，溫度達到140℃時，升上頂栓清掃，密煉機轉速降低至10～20r/min，壓上頂栓進入恒溫混煉，在152℃溫度下恒溫50～80s，開卸料門排膠至轉速為33～42r/min的下層密煉機GK590T中，在152℃溫度下恒溫160～220s，開卸料門排膠，控制排膠溫度150～155℃；
膠料經擠出機擠出排至開煉機均化250～350s后，加入硫磺-80、促進劑NS-80、促進劑ZBEC-80，輥距從4.5mm逐漸調整為3.0mm，在開煉機上繼續混煉450～550s，開煉機下片，冷卻建垛。
在本發明的背景下，串聯式密煉機包括一臺上層密煉機，其型號分別為GK320E，和一臺下層密煉機，其型號為GK590T，上下層密煉機的轉子類型均為PES5。
應用
本發明還提供一種使用可再生稻殼源白炭黑的輪胎胎面膠的應用，作為組合物在輪胎成型工藝中使用，用于生產橡膠產品，優選生產綠色輪胎。
實施例
按照表1實施例1～3的配比稱取各組分，按照上述制備方法分別制備使用可再生稻殼源白炭黑的輪胎胎面膠料。
將GK420密煉機轉速調至55轉/分，將釹系順丁橡膠、溶聚丁苯橡膠、60％稻殼源白炭黑、75％硅烷偶聯劑、防護蠟、硬脂酸、白炭黑分散劑、促進劑DPG加入，壓上頂栓混煉30秒，升上頂栓，加入15％稻殼源白炭黑，密煉機轉速調至45轉/分，壓上頂栓，混煉20秒，升上頂栓清掃，密煉機轉速調至30轉/分，壓上頂栓混煉，溫度達到140℃時升上頂栓保持10s，壓上頂栓進入恒溫混煉，在152℃溫度下恒溫60秒，開卸料門排膠，控制排膠溫度150～155℃；開煉機下片，冷卻建垛；
將上密煉機GK320E轉速調至35轉/分，將一段混煉膠、25％稻殼源白炭黑、25％硅烷偶聯劑、環保芳烴油、防老劑RD、防老劑4020加入，壓上頂栓混煉30秒，升上頂栓加入氧化鋅，密煉機轉速調至25轉/分，壓上頂栓，溫度達到140℃時，升上頂栓清掃，密煉機轉速調至15轉/分，壓上頂栓進入恒溫混煉，在152℃溫度下恒溫60秒，開卸料門排膠至轉速為38轉/分的下密煉機GK590T中，在152℃溫度下恒溫180秒，開卸料門排膠，控制排膠溫度150～155℃；
膠料經擠出機擠出排至S/M開煉機，進行低溫混煉和加硫工作，排至開煉機均化300s后，加入硫磺-80、促進劑NS-80、促進劑ZBEC-80，輥距從4.5mm逐漸調整為3.0mm，在開煉機上繼續混煉500s，開煉機下片，冷卻建垛。
對制得的胎面膠料分別進行物理性能測試，測試結果如表2實施例1～3所示。
對比例
按照表1對比例的配方稱取各組分，按照普通班伯里密煉機混煉工藝制得胎面膠料，對制得的胎面膠料進行物理性能測試，測試結果如表2對比例所示。
實施例采用以下原料：
釹系順丁橡膠牌號CB24，為新加坡ARLANXEO Singapore Pte.Ltd產品；
溶聚丁苯橡膠牌號SSBR 2557S，為中國石油天然氣股份有限公司產品；
稻殼源白炭黑牌號K160，為益海(佳木斯)糧油工業有限公司產品；
白炭黑分散劑牌號TYC0544，為一種含鋅的脂肪酸衍生物的混合物，為彤悅化工(揚中)有限公司產品；
其它原材料為橡膠行業常用原材料。
表1
表2
成品性能
采用實施例2和發明中混煉工藝制作的255/55R20輪胎濕滑指數為1.72，等級為A，較對比配方和普通班伯里密煉機混煉工藝提升16.2％。
以上所述的實施例僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。