謝　斌(雙錢(qián)集團(tuán)股份有限公司雙錢(qián)載重輪胎公司,上?！?01111)

作者簡(jiǎn)介:謝斌(1983-),男,上海人,雙錢(qián)集團(tuán)股份有限公司助理工程師,學(xué)士,從事橡膠與輪胎的研究開(kāi)發(fā)工作。

炭黑和白炭黑并用可以在降低輪胎生熱的同時(shí)保證其耐磨性能[1],增大白炭黑用量可以改進(jìn)胎面抗撕裂、耐切割和抗崩花掉塊性能。使用硅烷偶聯(lián)劑可改善白炭黑的分散、進(jìn)一步降低生熱和減小磨耗?；鞜捁に?如混煉溫度、混煉時(shí)間和加料順序等對(duì)膠料性能影響顯著,進(jìn)而影響產(chǎn)品性能。

本工作研究混煉工藝對(duì)炭黑/白炭黑補(bǔ)強(qiáng)NR膠料性能的影響。

1　實(shí)驗(yàn)

1.1　主要原材料

NR,牌號(hào)RSS3#,泰國(guó)產(chǎn)品;炭黑N234,上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品;沉淀法白炭黑和硅烷偶聯(lián)劑X50S,青島德固賽化學(xué)有限公司產(chǎn)品。

1.2　試驗(yàn)配方

NR　100,炭黑　40,沉淀法白炭黑　15,硅烷偶聯(lián)劑X50S　7,氧化鋅/硬脂酸/微晶蠟　5,防老劑4020　1,防老劑RD　1,硫黃　1.1,促進(jìn)劑CZ　1.6。

1.3　主要設(shè)備和儀器

F270型密煉機(jī),26×84型開(kāi)煉機(jī),XLB-Q400×400×2型蒸汽平板硫化機(jī),XQ-250型拉力試驗(yàn)機(jī),ST-CN型熱空氣老化箱,RPA2000型橡膠加工分析儀,R100E型硫化儀,UD-3801型壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)。

1.4　混煉和硫化工藝

(1)混煉工藝

方案A:一段混煉為NR、炭黑、白炭黑、硅烷偶聯(lián)劑、氧化鋅、硬脂酸、微晶蠟和防老劑等(40 s)→提壓砣清理、壓壓砣(60 s)→提壓砣清理、壓壓砣(150℃)→排膠。終煉為一段母煉膠和硫化劑(40 s)→提壓砣清理、壓壓砣(110℃)→排膠。

方案B:一段混煉為NR、白炭黑、硅烷偶聯(lián)劑、2/3炭黑(60 s)→1/3炭黑、硬脂酸、微晶蠟和防老劑等(30 s)→氧化鋅(30 s)→提壓砣清理、壓壓砣(150℃)→排膠。終煉為一段母煉膠和硫化劑40 s→提壓砣清理、壓壓砣(110℃)→排膠。

方案C:一段混煉為部分NR、白炭黑、硅烷偶聯(lián)劑(60 s)→提壓砣清理、壓壓砣(150℃)→排膠得母煉膠1;剩余NR、炭黑、氧化鋅、硬脂酸、微晶蠟和防老劑等(60 s)→提壓砣清理、壓壓砣(160℃)→排膠得母煉膠2。終煉為一段母煉膠1、母煉膠2和硫化劑(40 s)→提壓砣清理、壓壓砣(110℃)→排膠。

方案D:一段混煉為NR、炭黑、氧化鋅、硬脂酸、微晶蠟和防老劑等(60 s)→提壓砣清理、壓壓砣(160℃)→排膠;二段混煉為一段母煉膠、白炭黑和硅烷偶聯(lián)劑(60 s)→提壓砣清理、壓壓砣(150℃)→排膠。終煉為二段母煉膠和硫化劑(40s)→提壓砣清理、壓壓砣(110℃)→排膠。

(2)硫化工藝

膠料采用開(kāi)煉機(jī)壓片、平板硫化機(jī)硫化,硫化溫度為150℃。

1.5　性能測(cè)試

膠料各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

      2　結(jié)果與討論

2.1　動(dòng)態(tài)粘彈性能

混煉工藝對(duì)混煉膠彈性模量(G′)-應(yīng)變(ε)曲線的影響如圖1所示。試驗(yàn)溫度為100℃,轉(zhuǎn)速為20 r·min-1。

從圖1可以看出,所有試樣均顯示出Payne效應(yīng)的典型非線性特性,這是由于混煉膠體系中填充劑-填充劑和聚合物-填充劑網(wǎng)絡(luò)隨著應(yīng)變的增大而受到破壞。填充劑之間相互作用減弱會(huì)導(dǎo)致Payne效應(yīng)減弱,G′隨著應(yīng)變的增大而減小。圖1顯示,膠料的Payne效應(yīng)按照方案A,C,B,D的順序依次減弱。Payne效應(yīng)強(qiáng),往往意味著填充劑由于其粒子之間的相互作用較強(qiáng)而變得比較容易聚集,對(duì)相同配方膠料來(lái)說(shuō),則表示其中填充劑分散較差。Payne效應(yīng)可望通過(guò)硅烷偶聯(lián)劑和白炭黑之間反應(yīng)效率的提高而減弱。

對(duì)圖1分析可以得出,完全沒(méi)有考慮硅烷偶聯(lián)劑和白炭黑之間反應(yīng)的方案A膠料中填充劑分散性最差,因此其性能應(yīng)最差;方案D膠料性能應(yīng)最好。而為避免其它配合劑影響白炭黑與硅烷偶聯(lián)劑之間的反應(yīng),將其它配合劑以及白炭黑和硅烷偶聯(lián)劑分別同NR混煉再合并混煉的方案C卻沒(méi)有取得預(yù)期效果,這可能與兩種混煉膠在合并混煉時(shí)難以達(dá)到良好的混合有關(guān)。

方案A,B,C和D膠料在溫度為60℃、頻率為10 Hz、應(yīng)變?yōu)?%時(shí)的tanδ值分別為0.1870.183,0.186和0.184,數(shù)值非常相近,可以認(rèn)為4種方案膠料tanδ的數(shù)值不同是試驗(yàn)誤差所致。

       2.2　拉伸性能

混煉工藝對(duì)硫化膠拉伸性能的影響如表1所示,硫化時(shí)間為25 min。

從表1可以看出,混煉工藝不同的4種硫化膠50%和100%定伸應(yīng)力完全相同;300%定伸應(yīng)力從大到小依次為方案B,D,C,A硫化膠;拉伸強(qiáng)度除方案B硫化膠稍大外,其余3種方案硫化膠基本相同;拉斷伸長(zhǎng)率由大到小依次為方案A,C和D,B硫化膠。

在含白炭黑的膠料中加入硅烷偶聯(lián)劑可以改善膠料的加工性能、降低生熱和減小磨耗,此外硫化膠的定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度會(huì)有所增大、拉斷伸長(zhǎng)率會(huì)明顯減小。對(duì)于相同的含有白炭黑和硅烷偶聯(lián)劑的配方,定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度的增大或者拉斷伸長(zhǎng)率的減小應(yīng)該說(shuō)明膠料中白炭黑與硅烷偶聯(lián)劑反應(yīng)較完全。如按此推理,方案A膠料中白炭黑與硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)最不完全,方案B膠料中白炭黑與硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)最完全,方案C和D膠料中白炭黑與硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)程度相當(dāng)并處于方案A和B之間。

方案A在工藝上沒(méi)有特別考慮白炭黑與硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng),因此相應(yīng)硫化膠性能應(yīng)較差。但從表1看來(lái),方案A硫化膠的性能較好。這可能是由于配方中硅烷偶聯(lián)劑與白炭黑的比例過(guò)大造成的。硅烷偶聯(lián)劑與白炭黑的比例并非越大越好[2],隨著工藝的完善,白炭黑與硅烷偶聯(lián)劑的反應(yīng)趨向完全,此時(shí)可適當(dāng)減小硅烷偶聯(lián)劑用量。

2.3　壓縮疲勞性能

混煉工藝對(duì)硫化膠壓縮疲勞性能的影響如表2所示。

從表2可以看出,壓縮疲勞溫升由大到小依次為方案A,C,D,B硫化膠,其中方案B與方案D硫化膠的壓縮疲勞溫升相當(dāng)接近。

2.4　耐裂口增長(zhǎng)性能

輪胎是在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中逐步累積而最終被撕裂的,因此普通撕裂試驗(yàn)并不能很好地模擬這種情況,試驗(yàn)結(jié)果也就不能很好地表征輪胎的抗撕裂能力?，F(xiàn)試圖使用一種非標(biāo)準(zhǔn)的方法來(lái)測(cè)試硫化膠的耐裂口增長(zhǎng)能力。

試驗(yàn)時(shí)將每種方案的膠料各制成10個(gè)形狀一致的硫化膠試樣并依次放在固定裝置上,固定裝置上方安裝一把能自由落下的鈍刀片。刀片厚度、質(zhì)量和落下的高度可以按實(shí)際情況設(shè)定。本次試驗(yàn)刀片厚度為3 mm,質(zhì)量為2.2 kg,下落高度為80 cm。刀片落下50次后,如果試樣裂口深度小于試樣厚度的1/2,則將該試樣放入100℃的老化箱內(nèi)老化48 h后繼續(xù)試驗(yàn),直到所有試樣的裂口深度大于試樣厚度的1/2為止。

混煉工藝對(duì)硫化膠耐裂口增長(zhǎng)性能的影響如表3所示,膠料硫化時(shí)間為25 min。

從表3可以看出,方案A硫化膠的耐裂口增長(zhǎng)性能最差,方案D硫化膠的耐裂口增長(zhǎng)性能最好?；鞜捁に嚥煌?種硫化膠的耐裂口增長(zhǎng)性能在刀片落下300次之前未被破壞的試樣數(shù)量完全一樣,耐裂口增長(zhǎng)性能的差別在試驗(yàn)后期才顯示出來(lái),這基本可以說(shuō)明該試驗(yàn)方法能夠模擬輪胎在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中逐步累積最終被撕裂這一情況。

2.5　生產(chǎn)效率

4種方案膠料加硫化劑后混煉時(shí)間相同,因此比較加硫化劑前不同方案膠料的混煉時(shí)間可以考察生產(chǎn)效率。加硫化劑前方案A膠料的混煉時(shí)間為180 s,方案B為300 s,方案C為180 s(兩種母煉膠同時(shí)進(jìn)行混煉),方案D為340 s(一段母煉膠為180 s,二段母煉膠為160 s)。方案A和C的生產(chǎn)效率幾乎是方案B和D的2倍。但方案A膠料生熱大,且耐裂口增長(zhǎng)性能不佳,因此就生產(chǎn)效率而言,方案C實(shí)用性較強(qiáng)。且方案C在密煉機(jī)只有恒定轉(zhuǎn)速的情況下是一種高效的混煉方案,其能耗較低,與方案A相當(dāng)。

3　結(jié)語(yǔ)

混煉工藝對(duì)炭黑/白炭黑補(bǔ)強(qiáng)NR膠料性能的影響較大。就壓縮疲勞和耐裂口增長(zhǎng)等性能而言,混煉方案B和D較好;就生產(chǎn)效率而言,混煉方案C較好,其綜合物理性能也可滿足生產(chǎn)需要,實(shí)用性較強(qiáng)。

參考文獻(xiàn):

[1] Wang M J,Zhang P,Mahmud K.Carbon-silica dual pase fill-er,a new generation reinforcing agent for rubber.partⅨ.ap-plication to truck tire tread compound[J].Rubber Chem. andTechnol.,2001,74(1):124-137.

[2]肖建斌,劉錦春,張　峰,等.白炭黑/偶聯(lián)劑補(bǔ)強(qiáng)橡膠的性能研究[J].輪胎工業(yè),2005,25(2):71-74.