白炭黑在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中的應(yīng)用

1、白炭黑在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中的應(yīng)用白炭黑主要用于子午線輪胎的帶束層，以增強(qiáng)鋼絲與橡膠的粘合性能；也可用于子午線輪胎胎面，以提高胎面的抗刺扎和抗崩花掉塊性能，但耐磨性能有所下降，因此其用量很小。與炭黑相比，白炭黑具有環(huán)保和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，可以減小膠料的滯后損失，降低輪胎的滾動(dòng)阻力和油耗，白炭黑填充膠料的物理性能明顯改善。近年來(lái)隨著社會(huì)對(duì)高性能“綠色輪胎”需求的不斷增加，白炭黑在輪胎中的應(yīng)用越來(lái)越廣，用量也越來(lái)越大。 全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠位于0°帶束層下方，用以避免輪胎肩部應(yīng)力集中.，使應(yīng)力轉(zhuǎn)移至胎體，減少輪胎在行駛過(guò)程中的肩部生熱導(dǎo)致的肩空。胎肩墊膠具有高彈性、低生熱和抗撕裂

2、等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外各大晶牌輪胎的胎肩墊膠配方設(shè)計(jì)非常相似，膠種均為NR，炭黑用量一般約為35份，這種體系雖然達(dá)到了彈性高、生熱低的要求，但抗撕裂性能明顯下降，在剪切應(yīng)力條件下容易造成肩裂和肩空。本工作研究白炭黑在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中的應(yīng)用。 1 實(shí)驗(yàn) 1.1 主要原材料 NR，牌號(hào)SMRl0，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；白炭黑，山東東營(yíng)新達(dá)化工廠產(chǎn)品；不溶性硫黃，牌號(hào)IS6033，泰安精細(xì)化工廠產(chǎn)品。 1.2 配方 生產(chǎn)配方為：NR 100，炭黑N375/N660 45，活性劑 6.5，防老劑4020 1.2，防老劑TMQ 0.5，促進(jìn)劑NOBS 0.7，促進(jìn)劑CZ0.7，不溶性硫黃 1.47，其它 5

3、。 試驗(yàn)配方為：NR 100，炭黑N375/N660 37.5，白炭黑 4，活性劑 5，防老劑4020 1.7，防老劑TMQ 0.6，炭黑分散劑 1.5，促進(jìn)劑NOBS 1.65，不溶性硫黃 1.675。 1.3 主要設(shè)備和儀器 160 mm×320 mm開(kāi)煉機(jī)，青島橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；1.7 L密煉機(jī)，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；GK400N和GK255N型密煉機(jī)，德國(guó)W&P公司產(chǎn)品；MV2000型門(mén)尼粘度計(jì)、MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀、T-2000型萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)和RPA2000型橡膠加工性能試驗(yàn)儀，美國(guó)埃邇法科技有限公司產(chǎn)品；回彈性試驗(yàn)儀，德國(guó)VEB公司產(chǎn)品。 1.4 試樣制備

4、 小配合試驗(yàn)?zāi)z料在1.?L密煉機(jī)中混煉，加料順序?yàn)椋篘R一炭黑、白炭黑一活性劑、防老劑等，停放12 h后在開(kāi)煉機(jī)上加入硫黃和促進(jìn)劑。 大配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉，均執(zhí)行自動(dòng)混煉工藝。一段混煉在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行，依次加入NR、炭黑、白炭黑、活性劑和防老劑等，排膠溫度為160；二段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行，加入硫黃和促進(jìn)劑，排膠溫度為105。 1.5 性能測(cè)試 各項(xiàng)性能均按相應(yīng)的國(guó)家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。 2 結(jié)果與討論 2.1 小配合試驗(yàn) 表1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性項(xiàng)目試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方門(mén)尼粘度ML(1+4)1004848門(mén)尼焦燒時(shí)間(127)/mint521.5310.58t352

5、9.3514.55硫化儀數(shù)據(jù)(151)ML/(dN·m)1.461.51Mn/(dN·m)15.0512.8lt10/min2.652.54t90/min9.987.57 表2 小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能項(xiàng)目試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方硫化膠性能(15l×30 min)密度/(Mg·m-3)1.101.10邵爾A型硬度/度5659100%定伸應(yīng)力/Mh2.42.6200%定伸應(yīng)力/MPa6.66.8300%定伸應(yīng)力/MPa12.312.4拉伸強(qiáng)度/MPa26.826.1拉斷伸長(zhǎng)率/%532530拉斷永久變形/%1219撕裂強(qiáng)度/(kN·m-1)149138

6、回彈值/%5146屈撓5萬(wàn)次割口增長(zhǎng)/mm4.55.4100×72h熱空氣老化后100%定伸應(yīng)力/MPa3.63.8拉伸強(qiáng)度/MPa20.012.9拉斷伸長(zhǎng)率/%373255拉斷永久變形/%66撕裂強(qiáng)度/(kN·m-1)835310萬(wàn)次疲勞后300%定伸應(yīng)力/MPa1L111.7拉伸強(qiáng)度/MPa24.523.6拉斷伸長(zhǎng)率/%507495拉斷永久變形/%1514 表3 小配合試驗(yàn)硫化膠的動(dòng)態(tài)性能tan值試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方老化前應(yīng)變掃描0.05°0.0560.0710.10°0.0570.0830.20°0.0600.0830.50°0。0

7、610.0861.000.0520.0802.00°0.0590.0793.00°0.0620.0835.00°0.0760.099180×60 min老化后應(yīng)變掃描0.05°0.0510.1020.10°0.0600.1130.20°0.0750.1130.50°0.0890.1231.00°0.0870.1132.00°0.0870.1143.00°0.0920.122注：1)溫度為70，頻率為20 r·min-1。硫化條件為151×30 min。 小配合試驗(yàn)結(jié)

8、果見(jiàn)表13。從表1-3可以看出，與生產(chǎn)配方相比，試驗(yàn)配方膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間明顯延長(zhǎng)，加工安全性提高；硫化膠的撕裂強(qiáng)度和回彈值明顯增大；經(jīng)熱空氣老化和10萬(wàn)次疲勞后硫化膠仍能保持較高的物理性能；硫化膠的損耗因子(tan)明顯減小，說(shuō)明膠料的動(dòng)態(tài)生熱下降。胎肩墊膠處于絕氧狀態(tài)，絕氧老化后試驗(yàn)配方硫化膠的tan值比生產(chǎn)配方低，說(shuō)明試驗(yàn)配方膠料仍能保持較好的物理性能和低生熱。 2.2 大配合試驗(yàn) 為進(jìn)一步驗(yàn)證小配合試驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行了大配合試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表46。 從表4-6可以看出，大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。采用試驗(yàn)配方可以提高硫化膠的抗撕裂性能和彈性，降低動(dòng)態(tài)生熱，達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求。 表

9、4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性項(xiàng)目試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方門(mén)尼粘度ML(1+4)1005051門(mén)尼焦燒時(shí)間(127)/mint325.4214.52t1834.4320.00硫化儀數(shù)據(jù)(15l)ML/(dN·m)1.431.54ML/(dN·m)13.8413.07t10/mill5.573.52t90/min12.3410.20 表5 大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能項(xiàng)目試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方硫化膠性能(15l×30min)密度/(Mg·m-3)1.101.10邵爾A型硬度/度5658100%定伸應(yīng)力/MPa2.42.5200%定伸應(yīng)力/MPa6.66.7300%定伸應(yīng)力/

10、MPa12.312.3拉伸強(qiáng)度/MPa27.125.0拉斷伸長(zhǎng)率/%509499拉斷永久變形/%1316撕裂強(qiáng)度/(kN·m-1)129113回彈值/%5044壓縮生熱1)/1825屈撓5萬(wàn)次割口增長(zhǎng)/mm12.914.7100×72 h熱空氣老化后100%定伸應(yīng)力/MPa3.63.6200%定伸應(yīng)力/MPa9.39.0拉伸強(qiáng)度/MPa20.015.1拉斷伸長(zhǎng)率/%343303拉斷永久變形/%99撕裂強(qiáng)度/(kN·m-1)805210萬(wàn)次疲勞后300%定伸應(yīng)力/MPa12.112.9拉伸強(qiáng)度/MPa24.823.9拉斷伸長(zhǎng)率/%497464拉斷永久變形/%1413

11、 注：1)沖程 4.45 mm；負(fù)荷 1.00 MPa；溫度 55。 2.3 工藝性能 由于試驗(yàn)配方中炭黑用量較小且并用了白炭黑，半成品擠出過(guò)程容易出現(xiàn)表面粗糙、邊部破損等質(zhì)量問(wèn)題。因此在工藝上采取了口型板必須預(yù)熱，控制擠出溫度(一般保持在105-110之間)等措施，從而很好地解決了以上問(wèn)題。 2.4 成品性能 采用試驗(yàn)配方試制11.00R20 YS08 18PR規(guī)格輪胎，并與同規(guī)格生產(chǎn)輪胎進(jìn)行高速和耐久性試驗(yàn)對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表?。從表7可以看出，試驗(yàn)輪胎的速度和耐久性能均比生產(chǎn)輪胎有較大提高，高速試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試驗(yàn)輪胎胎肩脫層，耐久性試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試驗(yàn)輪胎胎肩無(wú)損壞，胎冠發(fā)粘，內(nèi)胎損壞，割斷面觀察胎肩墊

12、膠沒(méi)有損壞，冠部胎面膠與帶束層之間沒(méi)有脫層。 表6 大配合試驗(yàn)硫化膠的動(dòng)態(tài)性能tan值試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方頻率掃描2 r·min-10.0480.0745 r·min-10.0480.08010 r·min-10.0480.07820 r·min-10.0480.08250 r·min-10.0490.087100 r·min-10.0550.089200 r·min-10.0470.102500 r·min-10.0600.0991000 r·min-10.0640.120應(yīng)變掃描老化前2),0.02

13、76;0.0520.0680.05°0.0460.0740.10°0.0490.0820.20°O.0500.0890.50°0.0500.0921.00°0.0470.0912.00°0.0670.1023.00°0.0710.111180×30min老化后3),0.02°0.0590.1070.05°O.0720.1270.10°0.0720.0930.20°0.0830.1090.50°0.0780.1111.00°0.0800.1102.00°0.0930.1373.00°0.1100.165 注：1)溫度為100，應(yīng)變?yōu)?.2°；2)溫度為70，頻率為100 r·min-1；3)溫度為