有机锌在半钢子午线轮胎胎面及胎侧胶中的应用(精)

1、有机锌在半钢子午线轮胎胎面及胎侧胶中的应用王琳琳赵颀,周占林（北京首创轮胎有限责任公司，北京,102400摘要:试验研究有机锌在半钢子午线轮胎胎面及胎侧胶中的应用。试验结果表 明，在半钢子午线轮胎胎面及胎侧胶配方中，采用有机锌等量替代间接法氧化锌，配方 其它体系无需调整，胶料的硫化特性和物理性能良好，成品轮胎性能均通过国家标准 要求,并且降低了原材料的成本。关键词:有机锌；半钢子午线轮胎；胎面胶;胎侧胶;环保材料近年来，低锌含量和无锌活化剂的研究成为橡胶行业内的重要课题。在橡胶的 生产、橡胶制品的处理和回收过程中，锌从橡胶释放到环境中，例如使用过程中通过 轮胎的磨损释放出去。锌的释放会对环境、

2、人体健康、尤其对水生生物造成不利影 响，所以要求橡胶胶粒中的锌含量尽可能低1。按照欧盟指令2003 /105/EC,氧化锌 被划分为N类，即对环境有害物质。至2010年1月1日REACH法规实施后，轮胎市 场上对环保的要求日渐严格 除了对轮胎上使用的油品做出了严格的限制外，铅含量 及锌含量的限制也在逐步的纳入环保要求中。为适应行业内对轮胎的环保要求，环保材料的开发与应用的研究势在必行。有机锌是一种低锌产品，锌含量约为45%,本实验研究的是有机锌在子午线轮胎胎面胶及胎侧胶中的应用情况。1实验1.1主要原材料NR,印尼;松香丁苯橡胶1502,申华化学工业有限公司；顺丁橡胶，山东玉皇化工有 限公司;

3、炭黑N375、N330，龙星化工股份有限公司；氧化锌，石家庄华业兆兴工贸有限 公司;有机锌，江苏ATE高分子材料有限公司。1.2配方胶料配方见表1。表1胶料配方份胎面胶胎侧胶组分试验配方生产配方试验配方生产配方SBR/ BR 100 100 NR/ BR 100 100炭黑 N37580 80 -炭黑 N330- - 55 55防老剂 RD 1.5 1.5 1 1硬脂酸2 2 2 2氧化锌0 2.5 0 3有机锌2.5 0 3 0硫磺粉2 2 1.5 1.5促进剂CZ 1.2 1.2 -促进剂 NS 0 0 0.7 0.7 其它24.524.525.525.51.3主要试验设备与仪器1.5L型

4、密炼机，法雷尔公司；XQ-250型拉力机,江苏省江都真武橡胶机械厂；QLB Q450型平板硫化机，湖州宏桥橡胶机械有限公司产品；MDR2000E型硫化仪和 MV2000型门尼粘度仪,美国阿尔法科技有限公司。1.4胶料制备（1小配合试验小配合试验分两段混炼，一段在1.5L型密炼机上进行，混炼工艺为：橡胶炭黑、 小药（氧化锌或有机锌、防老剂及硬脂酸等、油 清扫排胶;二段混炼在开炼机上进 行，加料顺序为：一段混炼胶、硫磺粉、促进剂。（2大配合试验大配合试验采用两段混炼工艺，一段混炼在F370型密炼机中进行,胎面胶加料 顺序为:生胶、炭黑、小药油清扫排胶;胎侧胶加料顺序为：生胶、炭黑、小药 油清扫排胶

5、。二段混炼在F270型密炼机中进行，加料顺序均为：一段混炼胶、硫 磺粉、促进剂排胶。1.5性能测试胶料各项性能及成品胎试验均按照相应的国家标准进行测试。2结果与讨论2.1理化分析有机锌理化分析结果见表2、表3表2有机锌理化分析结果项目检测标准有机锌外观浅黄色至白色粉末白色粉末 锌元素含量 % 48 ± 46铅含量（以Pb计% < 0.02 0.003锰含量（以 Mn 计% < 0.0001未检出 铜含量（以Cu计%< 0.0002未检出130C150C30s 50s30s155C105C40s45s150C相对密度（相对氧化锌< 0.55 0.52灼烧后氧化物

6、含量% < 72.0 70.2加热减量% < 1.5 0.5200目筛余物%无无备注:表2有机锌理化分析检验标准为产品厂家提供。表3有机锌理化分析结果项目检测标准有机锌锌含量% - 38.05铅含量% - 0.0006备注:表3理化分析结果出自北京橡胶研究院。2.2小配合试验小配合试验结果如表4、表5所示,从表4、表5的硫变性能可以看出，试验胶的 正硫化时间与生产配方的胶料的时间基本相当；物理性能上，胎面试验胶的定伸应力 略低于生产配方制得的胶料，其它性能无明显变化。表4胎面胶小配合试验结果项目试验配方生产配方硫化仪数据(160C *20mi nM L/(dN.m 2.47 2.4

7、0M H/(dN.m14.4415.56t10/min 2.74 2.95t90/min 6.48 6.93硫化胶性能(151C *30 min邵尔A型硬度/度 6264100%定伸应力 /MPa 2.2 2.4300%定伸应力 /MPa9.210.5拉伸强度/MPa 20.118.5扯断伸长率/%605492扯断永久变形/%2020抗撕裂强度/(kN/m3744回弹性 /%30.733.7100C >24h老化后邵尔A型硬度/度 6867100%定伸应力 /MPa 3.0 3.1300%定伸应力 /MPa13.212.6拉伸强度/MPa 18.318.3扯断伸长率/%481444扯断永

8、久变形/%1516(160 E *20min表5胎侧胶小配合试验结果项目试验配方生产配方硫化仪数据M L/(dN.m 2.18 2.17M H/(dN.m10.7810.96t10/min 3.84 3.80t90/mi n8.088.06硫化胶性能（151C *30 min邵尔A型硬度/度 5151100%定伸应力 /MPa 1.2 1.1300%定伸应力 /MPa 3.7 3.6拉伸强度/MPa 18.418.4扯断伸长率/%862851扯断永久变形/%2928抗撕裂强度/（kN/m7671回弹性 /%42.342.0屈挠龟裂（30万次无形变无形变100C >24h老化后邵尔A型硬度

9、/度 5354100%定伸应力 /MPa 1.5 1.5300%定伸应力 /MPa 4.7 5.2拉伸强度/MPa 15.615.6扯断伸长率/%705702扯断永久变形/%30302.3大配合试验根据小配合试验数据分析，在胎面胶及胎侧胶中使用有机锌等量替代氧化锌，胶 料的各项性能与正常生产胶料的性能基本相当。大配合试验中同样采用等量替代氧 化锌的方案进行。具体试验结果见表 6、表7。经过大配合试验发现，试验胶料的硫 变性能及物理性能没有明显变化，试验胶料老化后的抗张级老化系数均略高于正常 配方胶料，证明其抗老化性能略有提升。表6胎面胶大配合试验结果项目试验配方生产配方门尼粘度 ML(1+41

10、00 C 61 60焦烧时间 T5(127C /min19.620.2硫化仪数据(160T*20minM L/(dN.m 2.86 2.69 M H/(dN.m17.9117.91 t10/min 2.92 3.08t90/min 5.93 6.54硫化胶性能(151T *30 min邵尔A型硬度/度 6969 100%定伸应力/MPa 3.2 2.8 300%定伸应力/MPa12.312.0拉伸强度/MPa 17.418.5扯断伸长率/%416454扯断永久变形/%2020抗撕裂强度/(kN/m3532回弹性/%27.027.0 100T >24h老化后邵尔A型硬度/度 7576 10

11、0%定伸应力/MPa 4.4 4.3 300%定伸应力/MPa14.815.5拉伸强度/MPa 15.516.5扯断伸长率/%321327扯断永久变形/%1515老化后性能对比抗张积老化系数0.69 0.64表7胎侧胶大配合试验结果项目试验配方生产配方门尼粘度 ML(1+4100 C 54 52焦烧时间 T5(127C /min30.528.8硫化仪数据(160T*20minM L/(dN.m 2.08 2.05北京首创轮胎股份有限公司 MH/ (dN.m) t10/min t90/min硫化胶性能(151T *30 min)邵尔A型硬度/度 100%定伸应力/MPa 300%定伸应力/MPa

12、拉伸 强度/MPa扯断伸长率/%扯断永久变形/%抗撕裂强度/ (kN/m)回弹性/%屈挠龟 裂(30万次)100T &4h老化后 邵尔A型硬度/度 100%定伸应力/MPa 300%定伸 应力/MPa拉伸强度/MPa扯断伸长率/%扯断永久变形/%老化后性能对比 抗张积老 化系数2.4成品胎性能 采用胎面试验配方和胎侧试验配方各生产10条轮胎，规格分别为225/60R16 98H、175/60R14 79H,从中抽取试验轮胎进行高速、耐久性能 试验，试验结果见表 &从表8可以看出，试验胎均通过成品胎试验的企业标准，且外观无质量缺陷。表8成品轮胎室内性能试验结果 项目高速性能试验最

13、高速度/ (km/h)累计行驶时间/h累计行驶里程/km试验结束时轮胎状况 耐久性能试验累 计行驶时间/h累计行驶里程/km试验结束时轮胎状况44 5280.0完好44 5280.0完好 44 5280.0 完好 44 5280.0 完好 210 1 207.5 完好 210 1 207.5完好 210 1 207.5 完好 210 1 207.5完好胎面试验配方 胎面生产配方 胎侧试验配方 胎侧生产配方0.71 0.70 55 1.6 5.3 15.8 738 34 57 1.7 5.5 15.6 711 30 53 1.2 4.0 19.8 828 28 80 38无形变 521.2 4.1 19.5 808 24 76 38.7无 形变 10.06 4.07 9.01 10.02 4.58 9.72北京首创轮胎股份有限公司2.5经济效益分析 根据2010年12月份的原材料价 格计算，在半钢子午线轮胎面胶及胎侧胶配方中使用有机锌等量替代氧化锌，可使两种胶料成本分别降低约0.02元/kg，0.03元/kg。3结论在半钢子午线轮