纳米氧化锌在全钢载重子午线轮胎胎面胶和胎侧胶中的应用.pdf

第 2 期 纳米氧化锌在全钢载重子午线轮胎 胎面胶和胎侧胶中的应用 黄义钢 林向阳 管清军 安丰永 姜 杰 刘兴国 青岛双星轮胎工业有限公司 山东 胶南 266400 摘要 研究纳米氧化锌作为活性剂替代普通氧化锌在全钢载重子午线轮胎胎面胶和胎侧胶中的应用效果 结果 表明 纳米氧化锌替代普通氧化锌可以提高胶料的加工安全性和弹性 改善胎面胶的耐磨性能 纳米氧化锌减量约 30 替代普通氧化锌 胎面胶和胎侧胶的综合性能较好 原材料成本降低 成品轮胎的高速性能提高 关键词 纳米氧化锌 全钢载重子午线轮胎 胎面胶 胎侧胶 中图分类号 T Q336 1 1 1 TQ330 1 38 5 文献标识码 B 文章编号 1006 8171 2007 02 0083 05 纳米氧化锌的粒径为 20 80 nm 与普通氧 化锌相比 其比表面积大 在胶料中的硫化活性作 用强 为在全钢载重子午线轮胎中推广应用纳米 氧化锌 本工作探讨纳米氧化锌作为活性剂替代 普通氧化锌在全钢载重子午线轮胎胎面胶和胎侧 胶中的应用效果 1 实验 1 11 主要原材料 NR 牌号 SMR20 马来西亚产品 BR 牌号 9000 中国石化齐鲁股份有限公司产品 炭黑 N115 抚顺东信化工有限公司产品 炭黑 N375 上海卡博特化工有限公司产品 白炭黑 青州联科 白炭黑有限公司产品 纳米氧化锌 山东淄博兴亚 新材料股份有限公司产品 1 12 配方 胎面胶和胎侧胶配方分别见表 1 和 2 1 13 主要设备和仪器 XK 150 型开炼机 广东湛江机械厂产品 GK400N 型 密 炼 机 德 国 克虏 伯 公 司 产 品 GK 255N型密炼机 益阳橡胶塑料机械集团有限 公司产品 5200 5150 双复合挤出机 德国特乐 斯特 公 司 产 品 MV2000 型 门 尼 粘 度 计 MDR2000E 型硫化仪和 T 2000型电子拉力机 美 作者简介 黄义钢 1976 男 江西高安人 青岛双星轮胎工 业有限公司工程师 学士 从事子午线轮胎配方设计和工艺管理 工作 表 1 胎面胶配方份 组 分 试验配方 A1A2A3 生产 配方 NR100100100100 炭黑 N11545454545 白炭黑10101010 普通氧化锌0003 1 5 纳米氧化锌3 1 52 151 1 750 防护体系5555 其它11111111 表 2 胎侧胶配方份 组 分 试验配方 B1B2B3 生产 配方 NR55555555 BR45454545 炭黑 N37545454545 芳烃油10101010 普通氧化锌0003 1 5 纳米氧化锌3 1 52 182 1 450 防护体系7777 其它4 1 54 154 1 54 1 5 国埃迩法科技有限公司产品 1 0 MN 蒸汽平板 硫化机 上海第一橡胶机械厂产品 弹性测试仪 意大利 Gibitre 公司产品 WML 76 型阿克隆磨 耗试验机和 401B 型老化试验箱 江都市新真威 试验机械有限责任公司产品 1 14 试样制备 小配合试验胶料在开炼机上混炼 大配合试 验胶料采用正常生产混炼工艺混炼 胎面胶为三 段混炼 一段和二段混炼在 GK400N 型密炼机中 83黄义钢等1 纳米氧化锌在全钢载重子午线轮胎胎面胶和胎侧胶中的应用 进行 终炼在 GK255N 型密炼机中进行 胎侧胶 为两段混炼 一段混炼在 GK400N 型密炼机中进 行 终炼在 GK255N 型密炼机中进行 两种胶料 的氧化锌均在一段混炼时加入 试样在平板硫化 机上硫化 1 15 性能测试 成品轮胎高速性能按企业标准测试 其余性 能按相应国家标准测试 2 结果与讨论 2 11 理化分析 纳米氧化锌的理化分析结果见表 3 从表 3 可以看出 纳米氧化锌的理化性能达到指标 要求 2 12 小配合试验 胎面胶和胎侧胶的小配合试验结果分别见表 4和 5 从表 4 可以看出 与采用普通氧化锌的生产 配方胎面胶相比 采用纳米氧化锌的试验配方胎 面胶焦烧时间和 t90总体延长 撕裂强度增大 弹 性和耐磨性能提高 其它性能相近 随着纳米氧化 表 3 纳米氧化锌的理化分析结果 项 目实测结果指标1 外观白色粉末同认可产品 氧化锌质量分数 10296 4 96 0 铅质量分数 1041 3 铜质量分数 106合格 3 锰质量分数 106合格 5 44 Lm 筛余物质量分数 1042 15 盐酸不溶物质量分数 1041 2 加热减量 105 e 2 h 0108 0 1 40 灼烧减量 900 e 3 8 4 0 注 1 企业内控指标 表 4 胎面胶小配合试验结果 项 目 试验配方 A1A2A3 生产配方 门尼焦烧时间 t5 127 e min28 728 528 324 0 硫化仪数据 151 e ML dN m 1 591 651 571 64 MH dN m 16 9016 3115 6516 29 t10 min6 76 45 85 9 t50 min10 09 78 98 8 t90 min17 317 216 216 2 硫化时间 151 e min3040304030403040 密度 Mg m 3 1 1501 1451 1401 150 邵尔 A 型硬度 度6766676666656766 100 定伸应力 MPa3 13 12 72 82 42 62 82 7 300 定伸应力 MPa14 814 614 414 313 613 614 514 2 拉伸强度 MPa26 826 726 626 1 025 925 226 225 9 拉断伸长率 528522538515535524511520 拉断永久变形 2324242424242422 撕裂强度 kN m 1 133106108100 回弹值 48494847 阿克隆磨耗量 cm30 270 190 260 31 100 e 48 h 老化后 邵尔 A 型硬度 度71706970 100 定伸应力 MPa4 33 93 84 1 300 定伸应力 MPa18 117 716 918 1 0 拉伸强度 MPa23 923 721 723 5 拉断伸长率 452455448464 撕裂强度 kN m 1 9313898112 回弹值 50515049 阿克隆磨耗量 cm3 0 330 290 330 35 84轮 胎 工 业 2007 年第 27 卷 第 2 期 表 5 胎侧胶小配合试验结果 项 目 试验配方 B1B2B3 生产配方 门尼焦烧时间 t5 127 e min35 927 627 222 4 硫化仪数据 151 e ML dN m 1 881 761 841 58 MH dN m 13 4613 3513 1812 48 t10 min8 66 46 25 3 t50 min 11 38 88 67 2 t90 min16 013 112 711 1 硫化时间 151 e min3040304030403040 密度 Mg m 3 1 0881 0861 0831 089 邵尔 A 型硬度 度5958585858585857 100 定伸应力 MPa1 91 71 81 71 81 71 61 7 300 定伸应力 MPa7 47 78 07 67 87 37 67 7 拉伸强度 MPa21 720 517 816 1 119 219 116 717 7 拉断伸长率 579566522500526566511504 拉断永久变形 2016141618161216 撕裂强度 kN m 1 78717175 回弹值 47505047 100 e 48 h 老化后 邵尔 A 型硬度 度65636263 100 定伸应力 MPa2 92 52 32 3 300 定伸应力 MPa11 610 410 010 1 0 拉伸强度 MPa17 112 712 810 9 拉断伸长率 417356366307 撕裂强度 kN m 1 59323234 回弹值 48515048 锌用量的增大 胶料的焦烧时间和 t90略有延长 密度 定伸应力 拉伸强度和撕裂强度总体增大 纳米氧化锌用量为 2 5 份 A2 的试验配方胎面 胶综合性能较好 从表 5 可以看出 与采用普通氧化锌的生产 配方胎侧胶相比 采用纳米氧化锌的试验配方胎 侧胶焦烧时间和 t90显著延长 拉伸强度和拉断伸 长率总体增大 弹性总体提高 纳米氧化锌用量为 2 45 份 B3 的试验配方胎侧胶综合性能较好 2 13 大配合试验 根据小配合试验结果 对胎面胶的试验配方 A2和胎侧胶的试验配方 B3进行大配合试验 结 果见表 6 和 7 从表 6 可以看出 与生产配方混炼胶相比 试 验配方混炼胶的门尼粘度和邵尔 A 型硬度相当 密度减小 实际观察得出 试验配方混炼胶分散 良好 表面和断面光滑 细腻 与生产配方胶料一 样 试验配方胶料挤出的 11R22 5 全钢载重子午 线轮胎胎面和胎侧半成品无破边 表面光滑 断面 表 6 大配合试验快检结果 项 目 胎面胶 A2生产配方 胎侧胶 B3生产配方 门尼粘度1 64655354 邵尔 A 型 硬度 度66665858 密度 Mg m 3 1 1 1451 1 1501 1 0791 1 088 注 1 M L 1 4 100 e 致密 从表 7 可以看出 大配合试验结果与小配合 试验结果基本一致 以上试验表明 纳米氧化锌减量约 30 替代 普通氧化锌 可以提高全钢载重子午线轮胎胎面 胶和胎侧胶的综合性能 2 14 成品轮胎性能 采用试验配方 A2和 B3制备了 11R2215 全 钢载重子午线轮胎 成品轮胎高速性能见表 8 从表 8 可以看出 试验轮胎的高速性能略优于生 产轮胎 85黄义钢等1 纳米氧化锌在全钢载重子午线轮胎胎面胶和胎侧胶中的应用 表 7 大配合试验结果 项 目 胎面胶 A2生产配方 胎侧胶 B3生产配方 门尼焦烧时间 t5 127 e min22 420 537 030 1 硫化仪数据 151 e ML dN m 1 871 721 701 75 MH dN m 16 4216 0611 0710 93 t10 min6 35 87 96 3 t50 min 9 48 811 19 2 t90 min15 714 715 813 4 硫化时间 151 e min3040304030403040 密度 Mg m 3 1 1451 1501 0791 088 邵尔 A 型硬度 度6666666558585858 100 定伸应力 MPa2 83 22 72 91 51 41 41 3 300 定伸应力 MPa14 415 213 814 66 45 86 15 1 拉伸强度 MPa26 827 426 327 720 819 1 020 618 5 拉断伸长率 512508507523635626649666 拉断永久变形 2422202416121816 撕裂强度 kN m 1 98967668 回弹值 49475048 阿克隆磨耗量 cm30 240 28 100 e 48 h 老化后 邵尔 A 型硬度 度69706263 100 定伸应力 MPa4 14 12 12 1 0 300 定伸应力 MPa18 418 18 89 1 0 拉伸强度 MPa25 524 314 214 1 拉断伸长率 438415421428 撕裂强度 kN m 1 81723332 回弹值 51515148 阿克隆磨耗量 cm30 330 39 表 8 成品轮胎的高速性能 项 目试验轮胎生产轮胎 通过速度 km h 1 130130 累计行驶里程 km1 6851 675 试验结束时轮胎状况肩空肩空 注 测试条件为气压 720 kPa 负荷 2 800 kg 室温 38 e 2 15 成本分析 以 2006 年 3 月原材料市场价格计算 在全钢 载重子午线轮胎胎面胶和胎侧胶中采用纳米氧化 锌减量约30 替代普通氧化锌 可以降低原材料 成本约 450 元 m 3 具有明显的经济效益 3 结论 纳米氧化锌作为活性剂替代普通氧化锌可以 提高全钢载重子午线轮胎胎面胶和胎侧胶的性 能 纳米氧化锌减量约 30 替代普通氧化锌 胎 面胶和胎侧胶的综合性能较好 原材料成本降低 成品轮胎的高速性能提高 致谢 本研究试验得到青岛双星轮胎工业有限公 司检测中心的大力帮助 特此表示感谢 第14 届中国轮胎技术研讨会论文 三等奖 Application of nano zinc oxide in tread and sidewall compounds of TBR tire H UA NG Yi gang LIN X iang yang GUAN Qing j un AN Feng yong JIA NG Jie LI UX ing guo Qingdao Double Star T ire Industry Co Ltd Jiaonan 266400 China Abstract The application of the nano zinc oxide as activator instead of the common zinc oxide in 86轮 胎 工 业 2007 年第 27 卷 第 2 期 the tread and sidewall compounds of TBR tire was investigated T he results showed that the proces sing safety and elasticity of rubber compounds increased and the wear resistance of tread compound improved by using the nano zinc oxide instead of the common zinc oxide and the tread and sidewall compounds with better comprehensive properties were obtained and the speed performance of finished tire improved by using 30 less weight of nano zinc oxide instead of common zinc oxide Keywords nano zinc oxide TBR tire tread sidewall DOT颁布 48 家新轮胎厂代码 中图分类号 T Q336 1 1 文献标识码 D 美国5轮胎商报62006 年 8月 28日 32页报道 2005 年美国交通部 DOT 颁布了 48 家新轮 胎厂识别代码 其中包括 36 家中国轮胎厂 见表 1 在美国销售的轮胎必须有此代码 表 1 中国获得 DOT 代码的 36 家新厂 生产厂代码所在地生产厂代码所在地 鞍山轮胎厂13K中国鞍山山东黑德威橡胶有限公司R5中国东营 承德橡研轮胎有限公司81中国平泉山东恒丰橡塑有限公司83中国广饶 正新 彼得雷尔 厦门 轮胎有限公司82中国厦门山东宏盛橡胶有限公司87中国广饶 重庆伟星橡胶工业有限公司85中国重庆山东宏宇橡胶有限公司9W中国山东 惠州厂98中国惠州山东时风 集团 有限公司R4中国高唐 江苏通用科技有限公司95中国无锡山东银石泸河橡胶轮胎有限公司90中国诸城 锦湖轮胎天津公司CO中国天津山东万达轮胎有限公司80中国山东 青岛重昆工业发展RC中国青岛上海罗登橡胶有限公司97中国青浦 青岛伊莱特橡胶有限公司RE中国青岛时风双星轮胎有限公司84中国高唐 青岛华氏工业制品有限公司RH中国青岛泰州巨轮轮胎有限公司R9中国泰州 青岛华天手推车有限公司91中国青岛胶南泰州仁立轮胎有限公司RA中国泰州 青岛胶南中泰轮胎有限公司9R中国青岛胶南滕州布隆科轮胎有限公司92中国滕州 青岛浪海轮胎有限公司94中国青岛天津正新橡胶有限公司R2中国天津 青岛懋象橡胶有限公司R