白炭黑在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶中的应用

白炭黑在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶中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。国内外各大晶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 SMRl0，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 CZ0.7，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 mm320 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.?L 密炼机中混炼，加料顺序为：NR 一炭黑、白炭黑一活性剂、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 小配合试验表 1 小配合试验胶料的硫化特性项目 试验配方 生产配方门尼粘度ML(1+4)100 48 48门尼焦烧时间(127)/mint5 21.53 10.58t35 29.35 14.55硫化仪数据(151)ML/(dNm) 1.46 1.51Mn/(dNm) 15.05 12.8lt10/min 2.65 2.54t90/min 9.98 7.57表 2 小配合试验硫化胶的物理性能项目 试验配方 生产配方硫化胶性能(15l30 min)密度/(Mgm -3) 1.10 1.10邵尔 A 型硬度/度 56 59100%定伸应力/Mh 2.4 2.6200%定伸应力/MPa 6.6 6.8300%定伸应力/MPa 12.3 12.4拉伸强度/MPa 26.8 26.1拉断伸长率/% 532 530拉断永久变形/% 12 19撕裂强度/(kNm -1) 149 138回弹值/% 51 46屈挠 5 万次割口增长/mm 4.5 5.410072h 热空气老化后100%定伸应力/MPa 3.6 3.8拉伸强度/MPa 20.0 12.9拉断伸长率/% 373 255拉断永久变形/% 6 6撕裂强度/(kNm -1) 83 5310 万次疲劳后300%定伸应力/MPa 1L1 11.7拉伸强度/MPa 24.5 23.6拉断伸长率/% 507 495拉断永久变形/% 15 14表 3 小配合试验硫化胶的动态性能tan 值 试验配方 生产配方老化前应变扫描0.05 0.056 0.0710.10 0.057 0.0830.20 0.060 0.0830.50 0。061 0.0861.00 0.052 0.0802.00 0.059 0.0793.00 0.062 0.0835.00 0.076 0.09918060 min 老化后应变扫描0.05 0.051 0.1020.10 0.060 0.1130.20 0.075 0.1130.50 0.089 0.1231.00 0.087 0.1132.00 0.087 0.1143.00 0.092 0.122注：1)温度为 70，频率为 20 rmin-1。硫化条件为 15130 min。小配合试验结果见表 13。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(tan)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 tan 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 46。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。表 4 大配合试验胶料的硫化特性项目 试验配方 生产配方门尼粘度ML(1+4)100 50 51门尼焦烧时间(127)/mint3 25.42 14.52t18 34.43 20.00硫化仪数据(15l)ML/(dNm) 1.43 1.54ML/(dNm) 13.84 13.07t10/mill 5.57 3.52t90/min 12.34 10.20表 5 大配合试验硫化胶的物理性能项目 试验配方 生产配方硫化胶性能(15l30min)密度/(Mgm -3) 1.10 1.10邵尔 A 型硬度/度 56 58100%定伸应力/MPa 2.4 2.5200%定伸应力/MPa 6.6 6.7300%定伸应力/MPa 12.3 12.3拉伸强度/MPa 27.1 25.0拉断伸长率/% 509 499拉断永久变形/% 13 16撕裂强度/(kNm -1) 129 113回弹值/% 50 44压缩生热 1)/ 18 25屈挠 5 万次割口增长/mm 12.9 14.710072 h 热空气老化后100%定伸应力/MPa 3.6 3.6200%定伸应力/MPa 9.3 9.0拉伸强度/MPa 20.0 15.1拉断伸长率/% 343 303拉断永久变形/% 9 9撕裂强度/(kNm -1) 80 5210 万次疲劳后300%定伸应力/MPa 12.1 12.9拉伸强度/MPa 24.8 23.9拉断伸长率/% 497 464拉断永久变形/% 14 13注：1)冲程 4.45 mm；负荷 1.00 MPa；温度 55。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?。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。表 6 大配合试验硫化胶的动态性能tan 值 试验配方 生产配方频率扫描2 rmin-1 0.048 0.0745 rmin-1 0.048 0.08010 rmin-1 0.048 0.07820 rmin-1 0.048 0.08250 rmin-1 0.049 0.087100 rmin-1 0.055 0.089200 rmin-1 0.047 0.102500 rmin-1 0.060 0.0991000 rmin-1 0.064 0.120应变扫描老化前 2) , ,0.02 0.052 0.0680.05 0.046 0.0740.10 0.049 0.0820.20 O.050 0.0890.50 0.050 0.0921.00 0.047 0.0912.00 0.067 0.1023.00 0.071 0.11118030min 老化后3),0.02 0.059 0.1070.05 O.072 0.1270.10 0.072 0.0930.20 0.083 0.1090.50 0.078 0.1111.00 0.080 0.1102.00 0.093 0.1373.00 0.110 0.165注：1)温度为 100，应变为 0.2；2)温度为 70，频率为 100 rmin-1；3