林向陽,管清軍,黃義鋼(青島雙星輪胎工業(yè)有限公司,山東膠南 266400)
作者簡介:林向陽(1968-),男,山東榮成人,青島雙星輪胎工業(yè)有限公司高級工程師,學(xué)士,從事全鋼子午線輪胎配方設(shè)計和工藝管理工作。
炭黑/白炭黑雙相填料(CSDPF)是一種新型通用橡膠補強劑,能夠提高橡膠的物理性能,具有常規(guī)橡膠補強填料不具備的一些特性。與常規(guī)炭黑和白炭黑相比,CSDPF具有高耐磨、低生熱和低滾動阻力等特點。在CSDPF填充的膠料中添加適量的硅烷偶聯(lián)劑能夠進一步提高膠料的耐磨性能,降低滯后損失。
本工作研究CSDPF在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。
1 實驗
1.1 主要原材料
NR,牌號SMR20,馬來西亞產(chǎn)品;CSDPF和炭黑N115,上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品;白炭黑,山東聯(lián)科白炭黑有限公司產(chǎn)品;硅烷偶聯(lián)劑Si69,日照嵐星化工工業(yè)有限公司產(chǎn)品;促進劑NS,山東單縣化工有限公司產(chǎn)品。
1.2 配方
膠料配方如表1所示。
1.3 主要設(shè)備與儀器
XKR-150型開煉機,廣東湛江機械廠產(chǎn)品;1.0 MN蒸汽平板硫化機,上海第一橡膠機械廠產(chǎn)品;WML-76型阿克隆磨耗試驗機,江都試驗機械廠產(chǎn)品; Tensometer2000型電子拉力機、MDR2000E型硫化儀和MV2000型門尼粘度儀,美國埃邇法科技有限公司產(chǎn)品;401B型老化試驗箱和彈性測試儀,意大利GIBITRE公司產(chǎn)品。
1.4 試樣制備
膠料在開煉機上分兩段混煉,一段混煉工藝為:生膠塑煉→偶聯(lián)劑、氧化鋅、硬脂酸和防老劑等小料→補強填料→下片、停放;二段混煉工藝為:一段混煉膠→促進劑和硫黃→下片、停放。試樣在蒸汽平板硫化機上硫化。
1.5 性能測試
膠料各項性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進行測定。
2 結(jié)果與討論
2.1 理化分析
CSDPF、炭黑N115和白炭黑的理化分析結(jié)果如表2所示。
從表2可以看出,與炭黑N115相比,CSDPF的DBP吸收值和灰分質(zhì)量分數(shù)較大。DBP吸收值大表明CSDPF的結(jié)構(gòu)度大、表面活性高;灰分質(zhì)量分數(shù)較大與CSDPF中含有質(zhì)量分數(shù)約為0.1的白炭黑有關(guān)。
2.2 混煉膠性能
2.2.1 門尼粘度
膠料的門尼粘度如圖1所示。從圖1可以看出,隨著CSDPF用量的增大、炭黑N115用量的減小,1#~5#配方膠料的門尼粘度呈增大趨勢。這表明與炭黑N115相比,CSDPF對提高膠料門尼粘度的作用更為明顯。
2.2.2 硫化特性
膠料的門尼焦燒時間如圖2所示。從圖2可以看出,隨著CSDPF用量的增大、炭黑N115用量的減小,1#~5#配方膠料的門尼焦燒時間呈縮短趨勢。
膠料的硫化儀數(shù)據(jù)如表3所示。從表3可以看出,1#配方膠料與6#配方膠料的MH,t90和(t90-t10)相差不大,這表明CSDPF與炭黑N115對膠料硫化速度的影響基本相同;與5#配方相比,6#配方膠料的MH較小,t90和(t90-t10)縮短,這表明CSDPF和白炭黑用量相同時,硫黃和偶聯(lián)劑用量較大的膠料MH較大,硫化速度較慢;與7#配方相比,1#和8#配方膠料t90時的tanδ(損耗因子)值較大,即滯后損失較大。
與常規(guī)炭黑相比,CSDPF含有一定量的白炭黑,需要提高促進劑和硫黃用量來提高膠料的交聯(lián)密度,從而提高彈性模量,降低滯后損失。
2.3 硫化膠性能
硫化膠的物理性能如表4所示。從表4可以看出,與1#配方相比,2#~7#配方硫化膠的邵爾A型硬度(6#配方除外)、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力和回彈值較大,拉斷伸長率和拉斷永久變形接近或較小,阿克隆磨耗量明顯降低,拉伸強度相差不大;2#和6#配方硫化膠的撕裂強度較大。與8#配方相比,2#~7#配方硫化膠的300%定伸應(yīng)力/100%定伸應(yīng)力、拉伸強度和撕裂強度較大,邵爾A型硬度、拉斷永久變形、回彈值和阿克隆磨耗量較小。
從表4還可以看出,熱空氣老化后,總體來說,與1#配方相比,2#~7#配方硫化膠的硬度、回彈值和阿克隆磨耗量增大,拉斷伸長率、拉斷永久變形和撕裂強度明顯減小,拉伸強度變化不大。總體來說,與常規(guī)炭黑和白炭黑相比,CSD-PF與橡膠間的相互作用較強,可顯著提高硫化膠的耐磨性能。填充CSDPF,適當(dāng)提高硅烷偶聯(lián)劑的用量,并對硫化體系略作調(diào)整,可獲得綜合物理性能優(yōu)異的硫化膠。
3 結(jié)論
CSDPF與橡膠間的相互作用較強,與填充普通炭黑或白炭黑的膠料相比,填充CSDPF的膠料高溫下滯后損失較小,耐磨性能明顯提高。致謝:本工作得到青島雙星輪胎工業(yè)有限公司檢測中心的大力協(xié)助,在此表示衷心感謝!
