刘瑞强,崔淑芳,权 艳,王爱萍(黄海橡胶集团有限责任公司,山东青岛 266041)
作者简介:刘瑞强(1971-),男,山东苍山县人,黄海橡胶集团有限责任公司工程师,学士,从事轮胎配方研究和相关新型材料的应用。
白炭黑主要用于子午线轮胎的带束层,以增强钢丝与橡胶的粘合性能;也可用于子午线轮胎胎面,以提高胎面的抗刺扎和抗崩花掉块性能,但耐磨性能有所下降,因此其用量很小。与炭黑相比,白炭黑具有环保和节能等优点,可以减小胶料的滞后损失,降低轮胎的滚动阻力和油耗,白炭黑填充胶料的物理性能明显改善。近年来随着社会对高性能“绿色轮胎”需求的不断增加,白炭黑在轮胎中的应用越来越广,用量也越来越大。全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶位于0°带束层下方,用以避免轮胎肩部应力集中,使应力转移至胎体,减少轮胎在行驶过程中的肩部生热导致的肩空。胎肩垫胶具有高弹性、低生热和抗撕裂等特点。国内外各大品牌轮胎的胎肩垫胶配方设计非常相似,胶种均为NR,炭黑用量一般约为35份,这种体系虽然达到了弹性高、生热低的要求,但抗撕裂性能明显下降,在剪切应力条件下容易造成肩裂和肩空。本工作研究白炭黑在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶中的应用。
1 实验
1·1 主要原材料
NR,牌号SMR10,马来西亚产品;白炭黑,山东东营新达化工厂产品;不溶性硫黄,牌号IS6033,泰安精细化工厂产品。
1·2 配方
生产配方为:NR 100,炭黑N375/N660 45,活性剂 6·5,防老剂4020 1·2,防老剂TMQ 0·5,促进剂NOBS 0·7,促进剂CZ 0·7,不溶性硫黄 1·47,其它 5。试验配方为:NR 100,炭黑N375/N660 37·5,白炭黑 4,活性剂 5,防老剂4020 1·7,防老剂TMQ 0·6,炭黑分散剂 1·5,促进剂NOBS 1·65,不溶性硫黄 1·675。
1·3 主要设备和仪器
160 mm×320 mm开炼机,青岛橡胶机械厂产品;1·7
L密炼机,日本神户制钢公司产品;GK400N和GK255N型密炼机,德国W&P公司产品;MV2000型门尼粘度计、MDR2000型无转子硫化仪、T-2000型万能拉力试验机和RPA2000型橡胶加工性能试验仪,美国埃迩法科技有限公司产品;回弹性试验仪,德国VEB公司产品。
1·4 试样制备
小配合试验胶料在1·7 L密炼机中混炼,加料顺序为:NR→炭黑、白炭黑→活性剂、防老剂等,停放12
h后在开炼机上加入硫黄和促进剂。大配合试验胶料分两段混炼,均执行自动混炼工艺。一段混炼在GK400N型密炼机中进东东营新达化工厂产品;不溶性硫黄,牌号IS6033,泰安精细化工厂产品。
1·2 配方
生产配方为:NR 100,炭黑N375/N660 45,活性剂 6·5,防老剂4020 1·2,防老剂TMQ 0·5,促进剂NOBS 0·7,促进剂CZ 0·7,不溶性硫黄 1·47,其它 5。试验配方为:NR 100,炭黑N375/N660 37·5,白炭黑 4,活性剂 5,防老剂4020 1·7,防老剂TMQ 0·6,炭黑分散剂 1·5,促进剂NOBS 1·65,不溶性硫黄 1·675。
1·3 主要设备和仪器
160 mm×320 mm开炼机,青岛橡胶机械厂产品;1·7
L密炼机,日本神户制钢公司产品;GK400N和GK255N型密炼机,德国W&P公司产品;MV2000型门尼粘度计、MDR2000型无转子硫化仪、T-2000型万能拉力试验机和RPA2000型橡胶加工性能试验仪,美国埃迩法科技有限公司产品;回弹性试验仪,德国VEB公司产品。
1·4 试样制备
小配合试验胶料在1·7 L密炼机中混炼,加料顺序为:NR→炭黑、白炭黑→活性剂、防老剂等,停放12
h后在开炼机上加入硫黄和促进剂。大配合试验胶料分两段混炼,均执行自动混炼工艺。一段混炼在GK400N型密炼机中进行,依次加入NR、炭黑、白炭黑、活性剂和防老剂等,排胶温度为160℃;二段混炼在GK255N型密炼机中进行,加入硫黄和促进剂,排胶温度为105℃。
1·5 性能测试
各项性能均按相应的国家或企业标准测试。
2 结果与讨论
2·1 小配合试验
小配合试验结果见表1~3。从表1~3可以看出,与生产配方相比,试验配方胶料的门尼焦烧时间明显延长,加工安全性提高;硫化胶的撕裂强度和回弹值明显增大;经热空气老化和10万次疲劳后硫化胶仍能保持较高的物理性能;硫化胶的损耗因子(tanδ)明显减小,说明胶料的动态生热下降。胎肩垫胶处于绝氧状态,绝氧老化后试验配方硫化胶的tanδ值比生产配方低,说明试验配方胶料仍能保持较好的物理性能和低生热。
2·2 大配合试验
为进一步验证小配合试验结果,进行了大配合试验,结果见表4~6。
从表4~6可以看出,大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。采用试验配方可以提高硫化胶的抗撕裂性能和弹性,降低动态生热,达到了设计的预期要求。
2·3 工艺性能
由于试验配方中炭黑用量较小且并用了白炭黑,半成品挤出过程容易出现表面粗糙、边部破损等质量问题。因此在工艺上采取了口型板必须预热,控制挤出温度(一般保持在105~110℃之间)等措施,从而很好地解决了以上问题。
2·4 成品性能
采用试验配方试制11·00R20 YS08
18PR规格轮胎,并与同规格生产轮胎进行高速和耐久性试验对比,结果见表7。从表7可以看出,试验轮胎的速度和耐久性能均比生产轮胎有较大提高,高速试验结束时试验轮胎胎肩脱层,耐久性试验结束时试验轮胎胎肩无损坏,胎冠发粘,内胎损坏,割断面观察胎肩垫胶没有损坏,冠部胎面胶与带束层之间没有脱层。
3 结论
在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶中加入适量白炭黑,可以有效改善胶料的加工性能,明显提高硫化胶的抗撕裂性能和弹性,降低动态生热,提高成品轮胎的速度和耐久性能,有效解决了胎冠脱层和肩空的质量问题,有利于提高轮胎的使用寿命。
