林向阳,管清军,黄义钢(青岛双星轮胎工业有限公司,山东胶南 266400)
作者简介:林向阳(1968-),男,山东荣成人,青岛双星轮胎工业有限公司高级工程师,学士,从事全钢子午线轮胎配方设计和工艺管理工作。
炭黑/白炭黑双相填料(CSDPF)是一种新型通用橡胶补强剂,能够提高橡胶的物理性能,具有常规橡胶补强填料不具备的一些特性。与常规炭黑和白炭黑相比,CSDPF具有高耐磨、低生热和低滚动阻力等特点。在CSDPF填充的胶料中添加适量的硅烷偶联剂能够进一步提高胶料的耐磨性能,降低滞后损失。
本工作研究CSDPF在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用。
1 实验
1.1 主要原材料
NR,牌号SMR20,马来西亚产品;CSDPF和炭黑N115,上海卡博特化工有限公司产品;白炭黑,山东联科白炭黑有限公司产品;硅烷偶联剂Si69,日照岚星化工工业有限公司产品;促进剂NS,山东单县化工有限公司产品。
1.2 配方
胶料配方如表1所示。
1.3 主要设备与仪器
XKR-150型开炼机,广东湛江机械厂产品;1.0 MN蒸汽平板硫化机,上海第一橡胶机械厂产品;WML-76型阿克隆磨耗试验机,江都试验机械厂产品; Tensometer2000型电子拉力机、MDR2000E型硫化仪和MV2000型门尼粘度仪,美国埃迩法科技有限公司产品;401B型老化试验箱和弹性测试仪,意大利GIBITRE公司产品。
1.4 试样制备
胶料在开炼机上分两段混炼,一段混炼工艺为:生胶塑炼→偶联剂、氧化锌、硬脂酸和防老剂等小料→补强填料→下片、停放;二段混炼工艺为:一段混炼胶→促进剂和硫黄→下片、停放。试样在蒸汽平板硫化机上硫化。
1.5 性能测试
胶料各项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
CSDPF、炭黑N115和白炭黑的理化分析结果如表2所示。
从表2可以看出,与炭黑N115相比,CSDPF的DBP吸收值和灰分质量分数较大。DBP吸收值大表明CSDPF的结构度大、表面活性高;灰分质量分数较大与CSDPF中含有质量分数约为0.1的白炭黑有关。
2.2 混炼胶性能
2.2.1 门尼粘度
胶料的门尼粘度如图1所示。从图1可以看出,随着CSDPF用量的增大、炭黑N115用量的减小,1#~5#配方胶料的门尼粘度呈增大趋势。这表明与炭黑N115相比,CSDPF对提高胶料门尼粘度的作用更为明显。
2.2.2 硫化特性
胶料的门尼焦烧时间如图2所示。从图2可以看出,随着CSDPF用量的增大、炭黑N115用量的减小,1#~5#配方胶料的门尼焦烧时间呈缩短趋势。
胶料的硫化仪数据如表3所示。从表3可以看出,1#配方胶料与6#配方胶料的MH,t90和(t90-t10)相差不大,这表明CSDPF与炭黑N115对胶料硫化速度的影响基本相同;与5#配方相比,6#配方胶料的MH较小,t90和(t90-t10)缩短,这表明CSDPF和白炭黑用量相同时,硫黄和偶联剂用量较大的胶料MH较大,硫化速度较慢;与7#配方相比,1#和8#配方胶料t90时的tanδ(损耗因子)值较大,即滞后损失较大。
与常规炭黑相比,CSDPF含有一定量的白炭黑,需要提高促进剂和硫黄用量来提高胶料的交联密度,从而提高弹性模量,降低滞后损失。
2.3 硫化胶性能
硫化胶的物理性能如表4所示。从表4可以看出,与1#配方相比,2#~7#配方硫化胶的邵尔A型硬度(6#配方除外)、100%定伸应力、300%定伸应力和回弹值较大,拉断伸长率和拉断永久变形接近或较小,阿克隆磨耗量明显降低,拉伸强度相差不大;2#和6#配方硫化胶的撕裂强度较大。与8#配方相比,2#~7#配方硫化胶的300%定伸应力/100%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度较大,邵尔A型硬度、拉断永久变形、回弹值和阿克隆磨耗量较小。
从表4还可以看出,热空气老化后,总体来说,与1#配方相比,2#~7#配方硫化胶的硬度、回弹值和阿克隆磨耗量增大,拉断伸长率、拉断永久变形和撕裂强度明显减小,拉伸强度变化不大。总体来说,与常规炭黑和白炭黑相比,CSD-PF与橡胶间的相互作用较强,可显著提高硫化胶的耐磨性能。填充CSDPF,适当提高硅烷偶联剂的用量,并对硫化体系略作调整,可获得综合物理性能优异的硫化胶。
3 结论
CSDPF与橡胶间的相互作用较强,与填充普通炭黑或白炭黑的胶料相比,填充CSDPF的胶料高温下滞后损失较小,耐磨性能明显提高。致谢:本工作得到青岛双星轮胎工业有限公司检测中心的大力协助,在此表示衷心感谢!
