劉瑞強,崔淑芳,權 艷,王愛萍(黃海橡膠集團有限責任公司,山東青島 266041)
作者簡介:劉瑞強(1971-),男,山東蒼山縣人,黃海橡膠集團有限責任公司工程師,學士,從事輪胎配方研究和相關新型材料的應用。
白炭黑主要用于子午線輪胎的帶束層,以增強鋼絲與橡膠的粘合性能;也可用于子午線輪胎胎面,以提高胎面的抗刺扎和抗崩花掉塊性能,但耐磨性能有所下降,因此其用量很小。與炭黑相比,白炭黑具有環保和節能等優點,可以減小膠料的滯后損失,降低輪胎的滾動阻力和油耗,白炭黑填充膠料的物理性能明顯改善。近年來隨著社會對高性能“綠色輪胎”需求的不斷增加,白炭黑在輪胎中的應用越來越廣,用量也越來越大。全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠位于0°帶束層下方,用以避免輪胎肩部應力集中,使應力轉移至胎體,減少輪胎在行駛過程中的肩部生熱導致的肩空。胎肩墊膠具有高彈性、低生熱和抗撕裂等特點。國內外各大品牌輪胎的胎肩墊膠配方設計非常相似,膠種均為NR,炭黑用量一般約為35份,這種體系雖然達到了彈性高、生熱低的要求,但抗撕裂性能明顯下降,在剪切應力條件下容易造成肩裂和肩空。本工作研究白炭黑在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中的應用。
1 實驗
1·1 主要原材料
NR,牌號SMR10,馬來西亞產品;白炭黑,山東東營新達化工廠產品;不溶性硫黃,牌號IS6033,泰安精細化工廠產品。
1·2 配方
生產配方為:NR 100,炭黑N375/N660 45,活性劑 6·5,防老劑4020 1·2,防老劑TMQ 0·5,促進劑NOBS 0·7,促進劑CZ 0·7,不溶性硫黃 1·47,其它 5。試驗配方為:NR 100,炭黑N375/N660 37·5,白炭黑 4,活性劑 5,防老劑4020 1·7,防老劑TMQ 0·6,炭黑分散劑 1·5,促進劑NOBS 1·65,不溶性硫黃 1·675。
1·3 主要設備和儀器
160 mm×320 mm開煉機,青島橡膠機械廠產品;1·7 L密煉機,日本神戶制鋼公司產品;GK400N和GK255N型密煉機,德國W&P公司產品;MV2000型門尼粘度計、MDR2000型無轉子硫化儀、T-2000型萬能拉力試驗機和RPA2000型橡膠加工性能試驗儀,美國埃邇法科技有限公司產品;回彈性試驗儀,德國VEB公司產品。
1·4 試樣制備
小配合試驗膠料在1·7 L密煉機中混煉,加料順序為:NR→炭黑、白炭黑→活性劑、防老劑等,停放12 h后在開煉機上加入硫黃和促進劑。大配合試驗膠料分兩段混煉,均執行自動混煉工藝。一段混煉在GK400N型密煉機中進東東營新達化工廠產品;不溶性硫黃,牌號IS6033,泰安精細化工廠產品。
1·2 配方
生產配方為:NR 100,炭黑N375/N660 45,活性劑 6·5,防老劑4020 1·2,防老劑TMQ 0·5,促進劑NOBS 0·7,促進劑CZ 0·7,不溶性硫黃 1·47,其它 5。試驗配方為:NR 100,炭黑N375/N660 37·5,白炭黑 4,活性劑 5,防老劑4020 1·7,防老劑TMQ 0·6,炭黑分散劑 1·5,促進劑NOBS 1·65,不溶性硫黃 1·675。
1·3 主要設備和儀器
160 mm×320 mm開煉機,青島橡膠機械廠產品;1·7 L密煉機,日本神戶制鋼公司產品;GK400N和GK255N型密煉機,德國W&P公司產品;MV2000型門尼粘度計、MDR2000型無轉子硫化儀、T-2000型萬能拉力試驗機和RPA2000型橡膠加工性能試驗儀,美國埃邇法科技有限公司產品;回彈性試驗儀,德國VEB公司產品。
1·4 試樣制備
小配合試驗膠料在1·7 L密煉機中混煉,加料順序為:NR→炭黑、白炭黑→活性劑、防老劑等,停放12 h后在開煉機上加入硫黃和促進劑。大配合試驗膠料分兩段混煉,均執行自動混煉工藝。一段混煉在GK400N型密煉機中進行,依次加入NR、炭黑、白炭黑、活性劑和防老劑等,排膠溫度為160℃;二段混煉在GK255N型密煉機中進行,加入硫黃和促進劑,排膠溫度為105℃。
1·5 性能測試
各項性能均按相應的國家或企業標準測試。
2 結果與討論
2·1 小配合試驗
小配合試驗結果見表1~3。從表1~3可以看出,與生產配方相比,試驗配方膠料的門尼焦燒時間明顯延長,加工安全性提高;硫化膠的撕裂強度和回彈值明顯增大;經熱空氣老化和10萬次疲勞后硫化膠仍能保持較高的物理性能;硫化膠的損耗因子(tanδ)明顯減小,說明膠料的動態生熱下降。胎肩墊膠處于絕氧狀態,絕氧老化后試驗配方硫化膠的tanδ值比生產配方低,說明試驗配方膠料仍能保持較好的物理性能和低生熱。
2·2 大配合試驗
為進一步驗證小配合試驗結果,進行了大配合試驗,結果見表4~6。
從表4~6可以看出,大配合試驗結果與小配合試驗結果基本一致。采用試驗配方可以提高硫化膠的抗撕裂性能和彈性,降低動態生熱,達到了設計的預期要求。
2·3 工藝性能
由于試驗配方中炭黑用量較小且并用了白炭黑,半成品擠出過程容易出現表面粗糙、邊部破損等質量問題。因此在工藝上采取了口型板必須預熱,控制擠出溫度(一般保持在105~110℃之間)等措施,從而很好地解決了以上問題。
2·4 成品性能
采用試驗配方試制11·00R20 YS08 18PR規格輪胎,并與同規格生產輪胎進行高速和耐久性試驗對比,結果見表7。從表7可以看出,試驗輪胎的速度和耐久性能均比生產輪胎有較大提高,高速試驗結束時試驗輪胎胎肩脫層,耐久性試驗結束時試驗輪胎胎肩無損壞,胎冠發粘,內胎損壞,割斷面觀察胎肩墊膠沒有損壞,冠部胎面膠與帶束層之間沒有脫層。
3 結論
在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中加入適量白炭黑,可以有效改善膠料的加工性能,明顯提高硫化膠的抗撕裂性能和彈性,降低動態生熱,提高成品輪胎的速度和耐久性能,有效解決了胎冠脫層和肩空的質量問題,有利于提高輪胎的使用壽命。
