林 浩,趙冬梅,程安仁(北京首創輪胎有限責任公司,北京 100096)
摘要:研究白炭黑175GR在載重輪胎胎面膠中的應用。回歸分析試驗結果表明,白炭黑175GR與炭黑采用適當的比例并用,可使胎面膠壓縮生熱明顯降低,抗撕裂性能和彈性顯著提高,拉伸強度和拉斷伸長率有所提高,抗屈撓龜裂性能有所改善。
關鍵詞:白炭黑;載重輪胎;胎面膠;生熱;抗撕裂性能;彈性
中圖分類號:TQ330·38+3;U463·341+·3文獻標識碼:B文章編號:1006-8171(2007)06-0356-04
胎面膠應具有高耐磨、高抗撕裂和低生熱的特點。降低輪胎胎面膠生熱是提高輪胎高速性能、減少肩空和脫層的有效措施。本工作從提高胎面膠抗撕裂性能和降低胎面膠生熱的角度出發,探討白炭黑175GR在載重輪胎胎面膠中的應用。
1 實驗
1.1 原材料
NR, SIR20,印度尼西亞產品; BR,牌號9000,中國石化北京燕山石油化工股份有限公司產品;白炭黑,牌號175GR,羅地亞白炭黑(青島)有限公司產品;硅烷偶聯劑Rsi-B,南京曙光化工總廠產品;其它均為橡膠工業常用原材料。
1.2 試驗配方
采用旋轉設計二次回歸法,選擇炭黑和白炭黑用量作為相關因子,對炭黑和白炭黑用量進行回歸分析并做出性能等值曲線圖。小配合試驗配方如表1所示。
1.3 主要設備和儀器
1.57 L密煉機和F270型密煉機,英國本伯里公司產品;Φ150 mm×320 mm開煉機,廣東湛江機械廠產品;QLB-Q450型平板硫化機,湖州宏僑橡膠機械有限公司產品;MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型硫化儀,美國埃邇法科技有限公司產品;XQ-250型拉力機,江蘇省江都真武橡膠機械廠產品;YS-25-Ⅱ型壓縮疲勞試驗機,上海四化機械有限公司產品。
1.4 混煉工藝
(1)小配合試驗
膠料一段混煉在1.57 L密煉機(轉子轉速115 r·min-1,壓砣壓力0.35 MPa)中進行,加料順序為:生膠→炭黑和小料→軟化劑→清掃,排膠→開煉機下片。
二段混煉在開煉機(速比為1∶1.4)上進行,加料順序為:一段混煉膠(停放16 h后)→硫黃和促進劑→下片。
(2)大配合試驗
膠料的一段混煉在F270型密煉機(轉子轉速40 r·min-1,壓砣壓力0.6 MPa)中進行,加料順序為:生膠→炭黑和小料→軟化劑→清掃,排膠(溫度165℃)。
膠料二段混煉也在F270型密煉機(轉子轉速20 r·min-1,壓砣壓力0.6 MPa)中進行,加料順序為:一段母膠、硫黃和促進劑→排膠(溫度105℃)。
1.5 性能測試
門尼粘度按照ASTM D 1646—1980進行測定;硫化特性按照ASTM D 2084—1981進行測定;其它性能均按相應國家標準進行測定。
2 結果與討論
2.1 理化分析
白炭黑175GR的理化分析結果見表2。從表2可以看出,白炭黑175GR的理化性能達到公司指標要求。
2.2 小配合試驗
根據回歸分析結果,做出不同的性能等值曲線圖。圖1所示為炭黑與白炭黑變量時混煉膠127℃焦燒時間t5的等值曲線。圖2所示為炭黑與白炭黑變量時混煉膠185℃正硫化時間t90的等值曲線。圖3~8所示分別為炭黑與白炭黑變量時硫化膠(硫化條件為151℃×30 min)300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度、回彈值和壓縮疲勞溫升的等值曲線。
從圖1可以看出,隨著炭黑和白炭黑用量增大,焦燒時間呈縮短的趨勢。從圖2可以看出,隨著炭黑用量增大,正硫化時間呈縮短的趨勢;隨著白炭黑用量增大,正硫化時間呈延長趨勢。
從圖3~8可以看出,隨著炭黑和白炭黑用量增大,硫化膠的300%定伸應力均增大,但炭黑用量對300%定伸應力的影響較白炭黑明顯;拉伸強度和拉斷伸長率均呈減小的趨勢,而且炭黑用量對拉斷伸長率的影響比白炭黑明顯;撕裂強度呈上升趨勢;回彈值呈下降趨勢;壓縮疲勞溫升呈上升趨勢,且炭黑的影響比白炭黑大。
2.3 大配合試驗
根據小配合試驗結果,結合公司對胎面膠的指標要求,擬定的試驗配方如下:NR/BR 100,炭黑 20,白炭黑 10,其它補強劑 20,氧化鋅4,硬脂酸 3,防老劑 4.5,增塑劑 5,硅烷偶聯劑 2,硫化劑 1.7,促進劑 1.1,其它 4。生產配方為:NR/BR 100,炭黑 53,氧化鋅 4,硬脂酸 3,防老劑 4.5,增塑劑 6,硫化劑 1.7,促進劑 1,其它 4。
用試驗配方進行大配合試驗,并與生產配方進行比較,其結果見表3和4。
從表3可以看出,與生產配方膠料相比,試驗配方膠料的門尼粘度相當,焦燒時間有所縮短,硫化速度稍快。
從表4可以看出,改進配方后,40 min硫化膠的300%定伸應力提高了16.5%,拉伸強度提高了21.5%,撕裂強度提高了20.5%,回彈值提高了15.7%,壓縮疲勞溫升下降了20.6%,老化后拉伸強度和拉斷伸長率變化率均有所下降,其它性能基本相當。由此看來,試驗配方膠料具有高強度、高抗撕裂性能、高彈性和低生熱性能,綜合性能比生產配方有大幅度提高。
另外,與生產配方相比,試驗配方膠料混煉時包輥性能良好,胎面擠出時口型溫度較低,膠片表面平整、光亮。
2.4 成品輪胎性能
采用試驗配方生產6條10.00-20 16PR輪胎,從中選取3條分別進行物理、高速和耐久性能試驗,結果見表5和6。
從表5可以看出,與生產配方相比,試驗配方胎面膠的300%定伸應力、拉伸強度和扯斷伸長率較高,胎面與緩沖層粘合性能較好,其它性能相當。
從表6可以看出,與生產配方輪胎相比,試驗配方輪胎的高速性能得到改善(提高一個速度級別),耐久性能相當。
3 結論
白炭黑175GR與炭黑采用適當的比例并用,可在降低載重輪胎胎面膠生熱的同時提高強伸性能、抗撕裂性能和彈性,顯著改善輪胎的高速性能,提高性能價格比
