程安仁,林 浩,趙冬梅(北京首創(chuàng)輪胎有限責(zé)任公司,北京 100240)
提高膠料的抗撕裂性能和抗屈撓性能,降低輪胎膠料膠料生熱,是提高輪胎高速性能、減少肩空和脫層的有效措施。本工作從提高膠料的抗撕裂性能和抗屈撓性能,降低肩膠生熱的角度出發(fā),探討175GR白炭黑在載重輪胎胎肩膠中的應(yīng)用。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 主要原材料
天然橡膠,SIR 20#,印度尼西亞產(chǎn)品;順丁橡膠,BR9000,中國石化北京燕化石油股份有限公司產(chǎn)品;炭黑N326和炭黑N660,沙河市炭黑廠產(chǎn)品;白炭黑,牌號(hào)175GR,羅地亞白炭黑(青島)有限公司產(chǎn)品;硅烷偶聯(lián)劑Rsi-B,南京曙光化工總廠產(chǎn)品;其它原材料均為橡膠工業(yè)常用原材料。
1.2 配方
生膠(NR/BR) 100,氧化鋅 8,硬脂酸 2,防老劑 2.5,硫化劑和促進(jìn)劑 4,增塑劑 4,補(bǔ)強(qiáng)劑 變量(見表1),其它 1.15。
1.3 主要設(shè)備和儀器
1.57L密煉機(jī),英國Banbury公司產(chǎn)品;Ф150 mm×320 mm開煉機(jī),廣東省湛江機(jī)械廠產(chǎn)品;F270型密煉機(jī),英國Banbury公司產(chǎn)品;QLB-Q450型平板硫化機(jī),湖州橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品,MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型硫化儀,美國孟山都公司產(chǎn)品;拉力機(jī),XQ-250型,江蘇省江都真武橡膠機(jī)械廠;壓縮疲勞試驗(yàn)機(jī),YS-25-Ⅱ型,上?；C(jī)械四廠。
1.4 膠料混煉工藝
1·4·1 小配合試驗(yàn)
小配合試驗(yàn)?zāi)z料的一段混煉在1.57 L密煉機(jī)(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速115 r·min-1,壓砣壓力0. 35MPa)中進(jìn)行混煉,加料順序?yàn)?生膠→白炭黑、炭黑和小料→清掃→排膠(排膠溫度145℃)。二段混煉在開煉機(jī)(速比為1:1·4)上,加料順序?yàn)?一段混煉膠(停放16 h)→硫黃和促進(jìn)劑→下片。
1·4·2 大配合試驗(yàn)
大配合試驗(yàn)?zāi)z料的混煉均在F270型密煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行,工藝如下。
大配合試驗(yàn)?zāi)z料的母膠混煉在F270密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1、壓砣壓力為0.6 MPa的條件下進(jìn)行。
生產(chǎn)配方進(jìn)行兩段混煉,一段母膠的加料順序?yàn)?生膠→炭黑和小料→軟化劑→清掃→排膠,排膠溫度160℃。
試驗(yàn)配方進(jìn)行三段混煉,一段母膠的加料順序?yàn)?生膠→白炭黑、部分炭黑和小料→軟化劑→清掃→排膠,排膠溫度150℃;二段母膠的加料順序?yàn)?一段母膠→剩余炭黑→清掃→排膠,排膠溫度153℃。
大配合膠料的終煉膠混煉均是在F270密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1、壓砣壓力為0.6 MPa的條件下進(jìn)行混煉,加料順序?yàn)?母膠、小料→排膠,排膠溫度105℃。
1.5 性能測試
門尼粘度按照ASTM D 1646-80方法進(jìn)行測定;硫化特性按照ASTM D 2084-81方法進(jìn)行測定;其它各項(xiàng)性能測試均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定。
2 結(jié)果與討論
2.1 理化分析
175GR白炭黑的理化分析結(jié)果見表2,可以看出,175GR白炭黑的理化性能達(dá)到指標(biāo)要求。
2.2 小配合試驗(yàn)
小配合試驗(yàn)結(jié)果見表3和表4。
從表3可以看出,在相同的密煉工藝下,與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度較生產(chǎn)配方膠料大,而且隨著白炭黑的用量增大而增大,在100℃下門尼結(jié)束后松弛30 s后的門尼粘度值下降率表明,白炭黑膠料的門尼粘度值下降率較生產(chǎn)配方膠料小,而且下降率隨著白炭黑的用量增大而減小,表明加入白炭黑后膠料的流動(dòng)性能變差,需要改善混煉工藝;在127℃下,試驗(yàn)配方膠料的門尼焦燒時(shí)間在白炭黑用量為5份時(shí)較生產(chǎn)配方略長,但隨著白炭黑的用量延長,t5和t35有逐步縮短的趨勢,這可能與Rsi-B用量增大有關(guān);在185℃下,試驗(yàn)配方膠料焦燒時(shí)間tS1隨白炭黑的用量增大逐步增大,正硫化時(shí)間t90也隨白炭黑的用量增大逐步延長,而且均比生產(chǎn)配方膠料大,說明在此溫度下,加入白炭黑硫化速度有變慢的趨勢;從ML之tanδ值(表示未硫化膠在轉(zhuǎn)矩達(dá)到最低時(shí)的tanδ值)來看,試驗(yàn)配方膠料均比生產(chǎn)配方膠料小,這表明試驗(yàn)配方膠料的混煉工藝性能較差,這與門尼松弛試驗(yàn)結(jié)果一致;從MH之tanδ值(表示硫化膠在轉(zhuǎn)矩達(dá)到最高時(shí)的tanδ值)來看,試驗(yàn)配方膠料與生產(chǎn)配方膠料相當(dāng),這表明滾動(dòng)阻力變化不大。
從表4可以看出,與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料抗撕裂強(qiáng)度和抗屈撓性能明顯提高,壓縮疲勞溫升有所降低,從老化后強(qiáng)度、拉斷伸長率和抗撕裂強(qiáng)度的下降率來看,耐老化性能有所提高,其它性能基本相當(dāng)。
從上述數(shù)據(jù)來看,加入175GR白炭黑后,除工藝性能和硫化速度需要進(jìn)行調(diào)整外,其它性能都能達(dá)到或優(yōu)于生產(chǎn)配方。
2.3 大配合試驗(yàn)
根據(jù)小配合試驗(yàn)結(jié)果,綜合膠料的硫化性能和硫化機(jī)硫化測溫?cái)?shù)據(jù),確定采用試驗(yàn)配方C進(jìn)行大配合試驗(yàn),同時(shí)對硫化體系稍加調(diào)整。為了改善試驗(yàn)配方C的工藝性能,我們將混煉工藝由普通胎肩膠的二段混煉改為三段混煉(見1.4節(jié)膠料混煉工藝)。大配合試驗(yàn)結(jié)果見表5和表6。
從表5可以看出,與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度略低,硫化速度稍慢,試驗(yàn)配方膠料的模量略大于生產(chǎn)配方膠料,焦燒時(shí)間和混煉工藝性能基本相同,滾動(dòng)阻力也相當(dāng)。
從表6可以看出,與生產(chǎn)配方硫化膠相比,試驗(yàn)配方硫化膠最顯著的優(yōu)點(diǎn)是:耐屈撓龜裂性能明顯提高(漲幅118%),抗撕裂性能提高13%,回彈性能有所提高,壓縮疲勞溫升較低,壓縮永久變形較小,硬度、定伸應(yīng)力和拉斷伸長率高于生產(chǎn)配方硫化膠,老化性能略好于生產(chǎn)配方硫化膠,其它性能基本相當(dāng)。
另外,與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料混煉時(shí)包輥性能良好,膠片表面平整、光亮,復(fù)合出型時(shí)粘合良好,擠出溫度相當(dāng)。
2.4 成品輪胎性能
結(jié)合公司試驗(yàn)安排,為了合理地利用資源,我們將試驗(yàn)胎肩膠和另一試驗(yàn)胎冠配方的胎冠膠同時(shí)進(jìn)行成品試驗(yàn)并與生產(chǎn)配方成品進(jìn)行對比,生產(chǎn)10·00-20 16PR試驗(yàn)輪胎6條,從中選取兩條分別進(jìn)行高速和耐久性能試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見表7。
從表7可以看出,試驗(yàn)輪胎與正常輪胎相比試驗(yàn)輪胎的高速性能得到改善(提高一個(gè)速度級(jí)別),耐久性能相當(dāng)。從損壞形式來看,兩條輪胎均為脫空,而且均為胎冠膠與緩沖層脫空。就斜交輪胎而言,通過110 km·h-1檢驗(yàn),最高行駛速度達(dá)到120 km·h-1,已經(jīng)算是斜交輪胎中的精品了。
2.5 效益分析
采用試驗(yàn)胎冠膠和試驗(yàn)胎肩膠配方生產(chǎn)的輪胎成本比采用生產(chǎn)配方生產(chǎn)的輪胎略有增長,如采用試驗(yàn)配方生產(chǎn)的每條10·00-20 16PR輪胎成本增長約3元。但試驗(yàn)配方膠料的工藝性能較好,輪胎高速性能顯著提高,這對重視改進(jìn)載重輪胎高速性能的今天具有重要的意義。
3 結(jié)論
采用175GR白炭黑與炭黑并用,可在降低載重輪胎胎冠膠生熱的同時(shí)顯著提高胎肩膠的耐屈撓龜裂性能和抗撕裂性能,回彈性能有所提高,硫化速度略有下降;隨著膠料性能的改善,成品輪胎的高速性能也得到顯著改善,提高了成品輪胎的性能價(jià)格比。
參考文獻(xiàn):略
