在全钢子午线轮胎胎体胶中应用新型原材料清洁生产环境.docx

在全钢子午线轮胎胎体胶中应用新型原材料清洁生产环境王小菊徐静（赛轮股份有限公司青岛266042）摘要：新型原材料为一种新型环保粘合剂，本文主要是应用新型原材料在全钢子午线轮胎胎体胶配方中进行了替代间苯二酚的研究，试验结果表明：在生产中，应用新型环保粘合剂不会释放刺激性气味，并且明显降低车间烟气，为操作工提供良好的工作环境，实现清洁生产；为保证替代前后胶料性能的一致性，对配方进行了重新设计。应用新型环保粘合剂并使新设计的配方与原配方性能基本一致。关键词：新型材料，全钢载重子午线轮胎，胎体，清洁生产，降低烟气间苯二酚在子午线轮胎的生产中应用广泛，其易溶于橡胶并分散性良好，可使胶料保持较低的门尼粘度，易于加工，与亚甲基给予体HMT或HMMM的反应活性高，可使橡胶与帘线的粘合力保持较高水平，可提高胶料的拉伸强度、撕裂强度以及动态性能，但是间苯二酚在110后急剧升华，导致在橡胶加工过程中容易冒烟，产生的烟雾对环境和人的身体健康不利。随着近年来清洁生产的提出和市场需求，原材料厂家研发了众多间苯二酚的替代品。同时近年来制造企业用工难的问题日趋明显，给工人创造良好的工作环境也成为制造业首要解决的问题之一。新型环保粘合剂是一种应用基团改性的间苯二酚-甲醛树脂，在胶料混炼和加工过程中不会产生刺激性气味、不冒烟，从而改善车间的工作环境，实现清洁生产。本工作研究了两种不同的新型环保粘合剂在全钢载重子午线轮胎胎体胶料中的应用。1实验1.1原材料标准橡胶为马来西亚大中公司产品；炭黑为上海卡博特化学有限公司产品；间苯二酚为日本住友公司产品；新型环保粘合剂1为甲公司产品；新型环保粘合剂2为乙公司产品；其他原材料为市售产品。1.2试验配方试验配方见表1表1试验配方phr序号原材料配方A配方B配方C1标准橡胶100.00100.00100.002炭黑56.0058.0058.005活性剂8.008.008.006防老剂2.002.002.008间苯二酚1.50-9新型环保粘合剂1-2.00-10新型环保粘合剂2-2.0011硫化促进剂5.655.805.8012其它6.706.706.701.3主要设备与仪器TG209F3热重分析仪、MV2000门尼粘度计、MDR2000无转子流变仪、RPA2000橡胶加工性能试验仪，美国阿迩法公司产品；万能拉力试验机3366,英斯特朗公司产品；2.5L小型密炼机，Buzuluk035572.5L密炼机。1.4试样制备工艺采用2.5L密炼机选择同一混炼条件制备试验胶料，转子转速60转/分，上顶栓压力0.35MPa。采用两段混炼工艺，一段混炼加入标胶、炭黑、氧化锌、防老剂等；二段加入硫化促进剂。1.5性能测试硫化特性的测定按照ASTMD2084进行试验。门尼松弛按照ASTMD1646方法进行试验。RPA测试程序按照企业标准进行测试。其他各种常规性能的测试均采用国家标准的有关方法进行。2结果与讨论2.1原材料分析2.1.1间甲粘合体系的作用及新型环保粘合剂的化学结构全钢载重子午线轮胎胎体胶配方普遍采用间甲钴粘合体系，一般认为间甲树脂对粘合的影响主要有三个方面，第一，树脂与橡胶大分子有可能形成互穿网络结构或准互穿网络结构，增强了橡胶的模量，使其对帘线的紧箍力提高，粘合强度也随之提高。第二，在橡胶与钢帘线界面上，橡胶相的树脂官能团与金属表面的氧化膜之间存在相互作用，形成共价键，以增强橡胶与金属的粘合力。第三，在橡胶大分中引入极性基团能增强聚合物对粘合对象的物理作用。钴盐和间甲树脂相互作用，钴衍生物可以在缩聚反应中起催化剂作用，减少树脂的脆性，间甲树脂可以排除多余的钴。间甲钴体系改善了粘合，但仍不能从本质上解决粘合降解问题。新型环保粘合剂1为苯酚改性的树脂，由于苯酚含量较大，因此会延长胶料的硫化时间，新型环保粘合剂2为苯乙烯改性的间苯二酚-甲醛树脂。两种改性后的新型环保粘合剂，其游离间苯二酚的含量得到了有效控制。2.1.2原材料性能检测结果对新型环保粘合剂进行了化学检测。从检测结果看出，新型环保粘合剂游离间苯二酚含量的分数不大于0.01，因此不存在升华现象，生产过程中不仅不会产生有害烟雾，而且还可明显降低有害气体。从表2可以看出，由于化学结构不同，两种新型环保粘合剂的外观和软化点不太相同，新型环保粘合剂2的软化点较高。表2两种新型粘合增进剂的理化分析结果检测项目指标新型环保粘合剂1新型环保粘合剂2外观同认可样品浅黄色颗粒棕红色颗粒软化点，93-10696110加热减量，0.70.10.3游离间苯二酚含量，1.00.40.2为进一步比较间苯二酚和新型环保粘合剂对车间烟气的影响程度，我们进行了热失重分析。从图1看出间苯二酚在110开始出现明显失重，因此间苯二酚混炼时易升华，产生大量刺激性烟雾，不仅影响环境，还严重影响人体健康，而且容易导致其在胶料中的有效含量下降，影响粘合效果。而新型环保粘合剂在200以前几乎没有失重，因此在加工过程不会产生有害烟雾。1间苯二酚，2新型环保粘合剂；加热速率为2/min图1原材料热失重分析曲线ABCTanDelta2.2胶料加工性能从表3可以看出，不同方案的胶料加工性能差异不大，其中使用新型环保粘合剂1的胶料门尼粘度偏高，表明其加工性能相对略差。从自粘性数据分析，应用新型环保粘合剂后胶料的自粘性显著提高。表3胶料加工特性对比检测项目配方A配方B配方C门尼粘度ML(1+4)100879087门尼松弛8.99.47.6tgML0.6580.5910.619自粘性（N/mm）停放7天0.30.60.9用RPA数据反应出了同样的结果，图2是对未硫化胶进行的温度扫描100cpm，7%应变，从图中看出，使用新型环保粘合剂的胶料加工性能略差。0.640.620.600.580.560.540.520.500.480.460.440.425060708090100110120130140TemperatureC图2未硫化胶的温度扫描100cpm，7%应变2.3胶料硫化特性从表4可以看出，对配方的补强体系和硫化体系调整后，应用新型环保粘合剂方案的配方B和配方C的胶料的硫化特性基本一致，配方B的T90略有延长，主要是应为新型环保粘合剂1的改性基团为苯酚，因此造成硫化速度变慢。焦烧和T30存在的差异，主要是因为使用了不同种类的促进剂而造成的。从tgMH看出，应用新型环保粘合剂1的胶料的滞后损失大，生热高。10072h老化后表4胶料硫化特性对比检测项目配方A配方B配方C127门尼焦烧/minT510.09.19.3T3513.010.610.8T303.01.51.5硫化特性对比（15160min）ML/（dNm）3.423.513.32MH/（dNm）27.2326.9224.18MH-ML/（dNm）23.8123.4120.86T10/min2.092.332.15T90/min17.3719.0416.71T90-T10/min15.2816.7114.56tgMH0.0600.1000.0792.4胶料基本物理性能从表5中可以看出，对补强体系和硫化体系调整后，各方案的胶料物理性能基本一致。其中应用新型环保粘合剂1的胶料的低定伸与配方A相比有所偏高，老化后撕裂强度有所降低。配方B与配方C相比，硬度略有差异。表5不同硫化时间胶料物理性能对比胶料编号配方A配方B配方C硫化条件（151min）203050203050203050硬度（A）727574747474737373撕裂强度(kN/m)1037863716362626465拉伸强度（MPa）29.029.125.827.127.225.426.225.925.7伸长率（%）51243040143542441441540341250%定伸（MPa）2.22.52.52.62.82.92.42.42.7100%定伸（MPa）3.44.24.24.54.84.74.14.14.7300%定伸（MPa）15.117.217.616.417.817.516.116.816.8硫化条件（151min）303030硬度（A）848280撕裂强度（N/m)393034拉伸强度（MPa）13.512.514.5伸长率（%）16812015950%定伸（MPa）4.05.54.8100%定伸（MPa）7.810.58.72.5胶料与钢帘线的粘合性能从表6可以看出各方案粘合力的变化趋势。各方案的粘合力基本一致。表6不同方案的粘合力对比胶料编号配方A配方B配方C初始粘合力15881568153010072h老化粘合力/N1518144314755%盐水老化7天粘合力/N1305127012962.6硫化胶料动态特性从动态压缩生热性能分析，老化前配方B的生热值较高，配方C与配方A的生热值基本相当，老化后配方A的生热值显著提高，配方C的生热值保持较好，表明配方C的耐老化性能较好，配方A的耐老化性能较差。应用RPA测试胶料的动态性能反应除了同样的结果，从图3和图4可以看出。从动态屈挠性能分析，配方B的30万次屈挠性能略差，配方A的屈挠性能较佳。从以上试验结果分析，应用新型粘合环保增进剂后对胶料的动态性能有一定的影响，其中新型环保粘合剂1的生热较高，屈挠性能较差，新型环保粘合剂2表现出较佳的动态性能。表7动态性能对比胶料编号配方A配方B配方C硫化条件（151min）203050203050203050弹性（%）/4342/4440/404010072h老化后弹性（%）434343硫化条件（151min）40404025min底部温升（）35.435.931.6压缩生热永久变形（%）7.27.46.010072h老化后底部温升（）28.025.724.825min压缩生热永久变形（%）4.44.23.25000次无龟裂1级1级7500次1级1级1级11250次1级2级1级30万次屈挠16875次1级2级1级25312次1级3级3级37968次2级6级6级56952次6级TanDeltaTanDelta0.1900.1850.1800.1750.1700.1650.1600.1550.1500.1450.2200.2150.2100.2050.2000.1950.1900.1850.1800.175ABC0500100015002000Frequencycpm图3硫化胶频率扫描60，7%应变ABC0500100015002000Frequentycpm图419010老化后频率扫描60，7%应变2.7车间大料试验结果与讨论根据小配合试验结果，我们对两种新型环保粘合剂分别进行了车间大料试验，胎体生产过程无异常，成型使用接头正常，能够满足工艺要求。表8和表9为车间大料试验对比数据，粘合力数据略有差异，应用新型环保粘合剂后的胶料粘合力略差，车间大料物性检测的其他变化趋势与小配合物性检测的趋势相同。10072h老化后表8车间大料性能测试对比胶料编号配方A配方B配方C硫化条件（151min）203050203050203050硬度（A）737576717272707171撕裂强度(kN/m)756151718754585154拉伸强度（MPa）26.925.724.426.024.524.427.026.125.1伸长率（%）45338435046441437648444341850%定伸（MPa）2.52.72.92.42.62.82.12.32.5100%定伸（MPa）4.15.15.24.04.54.83.84.24.4200%定伸（MPa）10.512.412.79.810.811.79.410.510.7300%定伸（MPa）17.820.220.816.717.819.215.117.517.7硫化条件（151min）303030撕裂强度（N/m)292623硬度（A）848080拉伸强度（MPa）10.911.110.6伸长率（%）10911812050%定伸（MPa）5.24.74.9100%定伸（MPa）10.09.19.6初始粘合力14541256124510072h老化粘合力/N1504122012605%盐水老化7天粘合力/N126712241217表9车间大料动态性能对比胶料编号配方A配方B配方C硫化条件（151min）203050203050203050弹性（%）/4444/4443/464310072h老化后弹性（%）424443硫化条件（151min）40404025min底部温升（）30.132.529.7压缩生热永久变形（%）6.87.36.310072h老化后底部温升（）33.428.628.325min压缩生热永久变形（%）5.64.63.616875次无龟裂1级无龟裂30万次屈挠25312次无龟裂1级1级37968次6级5级4级10072h11250次老化后16875次30万次屈挠25312次56952次/6级6级1级1级1级1级1级2级3级3级3级37968次6级5级6级2.8成品路试胎市场反馈为验证市场使用情况，我们选择11.00R20规格某一普通花纹进行了800条批量试验胎的生产