林 浩,趙冬梅,程安仁(北京首創(chuàng)輪胎有限責(zé)任公司,北京 100096)
摘要:研究白炭黑175GR在載重輪胎胎面膠中的應(yīng)用。回歸分析試驗(yàn)結(jié)果表明,白炭黑175GR與炭黑采用適當(dāng)?shù)谋壤⒂?可使胎面膠壓縮生熱明顯降低,抗撕裂性能和彈性顯著提高,拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率有所提高,抗屈撓龜裂性能有所改善。
關(guān)鍵詞:白炭黑;載重輪胎;胎面膠;生熱;抗撕裂性能;彈性
中圖分類號(hào):TQ330·38+3;U463·341+·3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1006-8171(2007)06-0356-04
胎面膠應(yīng)具有高耐磨、高抗撕裂和低生熱的特點(diǎn)。降低輪胎胎面膠生熱是提高輪胎高速性能、減少肩空和脫層的有效措施。本工作從提高胎面膠抗撕裂性能和降低胎面膠生熱的角度出發(fā),探討白炭黑175GR在載重輪胎胎面膠中的應(yīng)用。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 原材料
NR, SIR20,印度尼西亞產(chǎn)品; BR,牌號(hào)9000,中國(guó)石化北京燕山石油化工股份有限公司產(chǎn)品;白炭黑,牌號(hào)175GR,羅地亞白炭黑(青島)有限公司產(chǎn)品;硅烷偶聯(lián)劑Rsi-B,南京曙光化工總廠產(chǎn)品;其它均為橡膠工業(yè)常用原材料。
1.2 試驗(yàn)配方
采用旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)二次回歸法,選擇炭黑和白炭黑用量作為相關(guān)因子,對(duì)炭黑和白炭黑用量進(jìn)行回歸分析并做出性能等值曲線圖。小配合試驗(yàn)配方如表1所示。
1.3 主要設(shè)備和儀器
1.57 L密煉機(jī)和F270型密煉機(jī),英國(guó)本伯里公司產(chǎn)品;Φ150 mm×320 mm開煉機(jī),廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品;QLB-Q450型平板硫化機(jī),湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品;MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型硫化儀,美國(guó)埃邇法科技有限公司產(chǎn)品;XQ-250型拉力機(jī),江蘇省江都真武橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品;YS-25-Ⅱ型壓縮疲勞試驗(yàn)機(jī),上海四化機(jī)械有限公司產(chǎn)品。
1.4 混煉工藝
(1)小配合試驗(yàn)
膠料一段混煉在1.57 L密煉機(jī)(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速115 r·min-1,壓砣壓力0.35 MPa)中進(jìn)行,加料順序?yàn)?生膠→炭黑和小料→軟化劑→清掃,排膠→開煉機(jī)下片。
二段混煉在開煉機(jī)(速比為1∶1.4)上進(jìn)行,加料順序?yàn)?一段混煉膠(停放16 h后)→硫黃和促進(jìn)劑→下片。
(2)大配合試驗(yàn)
膠料的一段混煉在F270型密煉機(jī)(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速40 r·min-1,壓砣壓力0.6 MPa)中進(jìn)行,加料順序?yàn)?生膠→炭黑和小料→軟化劑→清掃,排膠(溫度165℃)。
膠料二段混煉也在F270型密煉機(jī)(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速20 r·min-1,壓砣壓力0.6 MPa)中進(jìn)行,加料順序?yàn)?一段母膠、硫黃和促進(jìn)劑→排膠(溫度105℃)。
1.5 性能測(cè)試
門尼粘度按照ASTM D 1646—1980進(jìn)行測(cè)定;硫化特性按照ASTM D 2084—1981進(jìn)行測(cè)定;其它性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定。
2 結(jié)果與討論
2.1 理化分析
白炭黑175GR的理化分析結(jié)果見表2。從表2可以看出,白炭黑175GR的理化性能達(dá)到公司指標(biāo)要求。
2.2 小配合試驗(yàn)
根據(jù)回歸分析結(jié)果,做出不同的性能等值曲線圖。圖1所示為炭黑與白炭黑變量時(shí)混煉膠127℃焦燒時(shí)間t5的等值曲線。圖2所示為炭黑與白炭黑變量時(shí)混煉膠185℃正硫化時(shí)間t90的等值曲線。圖3~8所示分別為炭黑與白炭黑變量時(shí)硫化膠(硫化條件為151℃×30 min)300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度、回彈值和壓縮疲勞溫升的等值曲線。
從圖1可以看出,隨著炭黑和白炭黑用量增大,焦燒時(shí)間呈縮短的趨勢(shì)。從圖2可以看出,隨著炭黑用量增大,正硫化時(shí)間呈縮短的趨勢(shì);隨著白炭黑用量增大,正硫化時(shí)間呈延長(zhǎng)趨勢(shì)。
從圖3~8可以看出,隨著炭黑和白炭黑用量增大,硫化膠的300%定伸應(yīng)力均增大,但炭黑用量對(duì)300%定伸應(yīng)力的影響較白炭黑明顯;拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均呈減小的趨勢(shì),而且炭黑用量對(duì)拉斷伸長(zhǎng)率的影響比白炭黑明顯;撕裂強(qiáng)度呈上升趨勢(shì);回彈值呈下降趨勢(shì);壓縮疲勞溫升呈上升趨勢(shì),且炭黑的影響比白炭黑大。
2.3 大配合試驗(yàn)
根據(jù)小配合試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合公司對(duì)胎面膠的指標(biāo)要求,擬定的試驗(yàn)配方如下:NR/BR 100,炭黑 20,白炭黑 10,其它補(bǔ)強(qiáng)劑 20,氧化鋅4,硬脂酸 3,防老劑 4.5,增塑劑 5,硅烷偶聯(lián)劑 2,硫化劑 1.7,促進(jìn)劑 1.1,其它 4。生產(chǎn)配方為:NR/BR 100,炭黑 53,氧化鋅 4,硬脂酸 3,防老劑 4.5,增塑劑 6,硫化劑 1.7,促進(jìn)劑 1,其它 4。
用試驗(yàn)配方進(jìn)行大配合試驗(yàn),并與生產(chǎn)配方進(jìn)行比較,其結(jié)果見表3和4。
從表3可以看出,與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度相當(dāng),焦燒時(shí)間有所縮短,硫化速度稍快。
從表4可以看出,改進(jìn)配方后,40 min硫化膠的300%定伸應(yīng)力提高了16.5%,拉伸強(qiáng)度提高了21.5%,撕裂強(qiáng)度提高了20.5%,回彈值提高了15.7%,壓縮疲勞溫升下降了20.6%,老化后拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率變化率均有所下降,其它性能基本相當(dāng)。由此看來,試驗(yàn)配方膠料具有高強(qiáng)度、高抗撕裂性能、高彈性和低生熱性能,綜合性能比生產(chǎn)配方有大幅度提高。
另外,與生產(chǎn)配方相比,試驗(yàn)配方膠料混煉時(shí)包輥性能良好,胎面擠出時(shí)口型溫度較低,膠片表面平整、光亮。
2.4 成品輪胎性能
采用試驗(yàn)配方生產(chǎn)6條10.00-20 16PR輪胎,從中選取3條分別進(jìn)行物理、高速和耐久性能試驗(yàn),結(jié)果見表5和6。
從表5可以看出,與生產(chǎn)配方相比,試驗(yàn)配方胎面膠的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長(zhǎng)率較高,胎面與緩沖層粘合性能較好,其它性能相當(dāng)。
從表6可以看出,與生產(chǎn)配方輪胎相比,試驗(yàn)配方輪胎的高速性能得到改善(提高一個(gè)速度級(jí)別),耐久性能相當(dāng)。
3 結(jié)論
白炭黑175GR與炭黑采用適當(dāng)?shù)谋壤⒂?可在降低載重輪胎胎面膠生熱的同時(shí)提高強(qiáng)伸性能、抗撕裂性能和彈性,顯著改善輪胎的高速性能,提高性能價(jià)格比
