林 浩,赵冬梅,程安仁(北京首创轮胎有限责任公司,北京 100096)
摘要:研究白炭黑175GR在载重轮胎胎面胶中的应用。回归分析试验结果表明,白炭黑175GR与炭黑采用适当的比例并用,可使胎面胶压缩生热明显降低,抗撕裂性能和弹性显著提高,拉伸强度和拉断伸长率有所提高,抗屈挠龟裂性能有所改善。
关键词:白炭黑;载重轮胎;胎面胶;生热;抗撕裂性能;弹性
中图分类号:TQ330·38+3;U463·341+·3文献标识码:B文章编号:1006-8171(2007)06-0356-04
胎面胶应具有高耐磨、高抗撕裂和低生热的特点。降低轮胎胎面胶生热是提高轮胎高速性能、减少肩空和脱层的有效措施。本工作从提高胎面胶抗撕裂性能和降低胎面胶生热的角度出发,探讨白炭黑175GR在载重轮胎胎面胶中的应用。
1 实验
1.1 原材料
NR, SIR20,印度尼西亚产品; BR,牌号9000,中国石化北京燕山石油化工股份有限公司产品;白炭黑,牌号175GR,罗地亚白炭黑(青岛)有限公司产品;硅烷偶联剂Rsi-B,南京曙光化工总厂产品;其它均为橡胶工业常用原材料。
1.2 试验配方
采用旋转设计二次回归法,选择炭黑和白炭黑用量作为相关因子,对炭黑和白炭黑用量进行回归分析并做出性能等值曲线图。小配合试验配方如表1所示。
1.3 主要设备和仪器
1.57 L密炼机和F270型密炼机,英国本伯里公司产品;Φ150 mm×320 mm开炼机,广东湛江机械厂产品;QLB-Q450型平板硫化机,湖州宏侨橡胶机械有限公司产品;MV2000型门尼粘度仪和MDR2000型硫化仪,美国埃迩法科技有限公司产品;XQ-250型拉力机,江苏省江都真武橡胶机械厂产品;YS-25-Ⅱ型压缩疲劳试验机,上海四化机械有限公司产品。
1.4 混炼工艺
(1)小配合试验
胶料一段混炼在1.57 L密炼机(转子转速115 r·min-1,压砣压力0.35 MPa)中进行,加料顺序为:生胶→炭黑和小料→软化剂→清扫,排胶→开炼机下片。
二段混炼在开炼机(速比为1∶1.4)上进行,加料顺序为:一段混炼胶(停放16 h后)→硫黄和促进剂→下片。
(2)大配合试验
胶料的一段混炼在F270型密炼机(转子转速40 r·min-1,压砣压力0.6 MPa)中进行,加料顺序为:生胶→炭黑和小料→软化剂→清扫,排胶(温度165℃)。
胶料二段混炼也在F270型密炼机(转子转速20 r·min-1,压砣压力0.6 MPa)中进行,加料顺序为:一段母胶、硫黄和促进剂→排胶(温度105℃)。
1.5 性能测试
门尼粘度按照ASTM D 1646—1980进行测定;硫化特性按照ASTM D 2084—1981进行测定;其它性能均按相应国家标准进行测定。
2 结果与讨论
2.1 理化分析
白炭黑175GR的理化分析结果见表2。从表2可以看出,白炭黑175GR的理化性能达到公司指标要求。
2.2 小配合试验
根据回归分析结果,做出不同的性能等值曲线图。图1所示为炭黑与白炭黑变量时混炼胶127℃焦烧时间t5的等值曲线。图2所示为炭黑与白炭黑变量时混炼胶185℃正硫化时间t90的等值曲线。图3~8所示分别为炭黑与白炭黑变量时硫化胶(硫化条件为151℃×30 min)300%定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度、回弹值和压缩疲劳温升的等值曲线。
从图1可以看出,随着炭黑和白炭黑用量增大,焦烧时间呈缩短的趋势。从图2可以看出,随着炭黑用量增大,正硫化时间呈缩短的趋势;随着白炭黑用量增大,正硫化时间呈延长趋势。
从图3~8可以看出,随着炭黑和白炭黑用量增大,硫化胶的300%定伸应力均增大,但炭黑用量对300%定伸应力的影响较白炭黑明显;拉伸强度和拉断伸长率均呈减小的趋势,而且炭黑用量对拉断伸长率的影响比白炭黑明显;撕裂强度呈上升趋势;回弹值呈下降趋势;压缩疲劳温升呈上升趋势,且炭黑的影响比白炭黑大。
2.3 大配合试验
根据小配合试验结果,结合公司对胎面胶的指标要求,拟定的试验配方如下:NR/BR 100,炭黑 20,白炭黑 10,其它补强剂 20,氧化锌4,硬脂酸 3,防老剂 4.5,增塑剂 5,硅烷偶联剂 2,硫化剂 1.7,促进剂 1.1,其它 4。生产配方为:NR/BR 100,炭黑 53,氧化锌 4,硬脂酸 3,防老剂 4.5,增塑剂 6,硫化剂 1.7,促进剂 1,其它 4。
用试验配方进行大配合试验,并与生产配方进行比较,其结果见表3和4。
从表3可以看出,与生产配方胶料相比,试验配方胶料的门尼粘度相当,焦烧时间有所缩短,硫化速度稍快。
从表4可以看出,改进配方后,40 min硫化胶的300%定伸应力提高了16.5%,拉伸强度提高了21.5%,撕裂强度提高了20.5%,回弹值提高了15.7%,压缩疲劳温升下降了20.6%,老化后拉伸强度和拉断伸长率变化率均有所下降,其它性能基本相当。由此看来,试验配方胶料具有高强度、高抗撕裂性能、高弹性和低生热性能,综合性能比生产配方有大幅度提高。
另外,与生产配方相比,试验配方胶料混炼时包辊性能良好,胎面挤出时口型温度较低,胶片表面平整、光亮。
2.4 成品轮胎性能
采用试验配方生产6条10.00-20 16PR轮胎,从中选取3条分别进行物理、高速和耐久性能试验,结果见表5和6。
从表5可以看出,与生产配方相比,试验配方胎面胶的300%定伸应力、拉伸强度和扯断伸长率较高,胎面与缓冲层粘合性能较好,其它性能相当。
从表6可以看出,与生产配方轮胎相比,试验配方轮胎的高速性能得到改善(提高一个速度级别),耐久性能相当。
3 结论
白炭黑175GR与炭黑采用适当的比例并用,可在降低载重轮胎胎面胶生热的同时提高强伸性能、抗撕裂性能和弹性,显著改善轮胎的高速性能,提高性能价格比
