均勻劑H40MSF在半鋼子午線輪胎氣密層膠中的應(yīng)用

王才朋，馬德龍，袁明哲，杜孟成

（國(guó)家橡膠助劑工程技術(shù)研究中心，山東 陽(yáng)谷 252300）

均勻劑能夠促進(jìn)不同粘度、不同極性橡膠之間的混合，并具有增塑、增粘、分散和潤(rùn)滑作用，能顯著改善膠料的加工性能，提高混煉效率并降低能耗[1-2]。均勻劑可以改善胎面膠的耐磨性能，提高胎側(cè)膠的耐疲勞性能，改善胎側(cè)膠與胎體膠的粘合性能，提高胎圈膠的尺寸穩(wěn)定性、耐磨性能和與胎體膠的粘合性能，提高氣密層膠的氣密性和自粘性。目前均勻劑在輪胎氣密層膠中的應(yīng)用最為廣泛。

均勻劑H40MSF是由脂肪烴、環(huán)烷烴和芳香烴等活性成分組成的混合物，本工作主要研究均勻劑H40MSF在半鋼子午線輪胎氣密層膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號(hào)SMR20，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；溴化丁基橡膠（BIIR），牌號(hào)222，美國(guó)?？松梨诠井a(chǎn)品；炭黑N660，卡博特化工（天津）有限公司產(chǎn)品；均勻劑H40MSF，山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR，20；BIIR，80；炭黑N660，60；氧化鋅，4；硬脂酸，1.5；硫黃，0.6；硫化樹(shù)脂SP1045，3；其它，7.5；合計(jì)，176.6。

試驗(yàn)配方：除加入8份均勻劑H40MSF外，其余與生產(chǎn)配方相同。

1.3 主要設(shè)備與儀器

X（S）M-1.5X（0-100）型智能實(shí)驗(yàn)密煉機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XK-160型開(kāi)煉機(jī)，大連誠(chéng)信橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MV2000型門(mén)尼粘度試驗(yàn)機(jī)、MDR型無(wú)轉(zhuǎn)子流變儀和RPA2000型橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；HS-100T-RTMO型平板硫化機(jī)，佳鑫電子設(shè)備科技（深圳）有限公司產(chǎn)品；Instron3365型電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；GT-7017-NM型熱老化實(shí)驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；RCD-Ⅱ型橡膠炭黑分散度測(cè)定儀和RZN-Ⅱ型橡膠自粘性試驗(yàn)機(jī)，北京萬(wàn)匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

生產(chǎn)配方膠料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在1.5 L密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：膠[（135±5）℃]。二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，工藝為：一段混煉膠→加入硫黃、硫化樹(shù)脂、氧化鋅和其他小料→混煉均勻→下片。

試驗(yàn)配方膠料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在1.5 L密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：[（130±5）℃]。二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝與生產(chǎn)配方膠料相同。

1.5 性能測(cè)試

均勻劑H40MSF中多環(huán)芳烴（PAHs）含量檢測(cè)按照德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ZEK 01.4-08進(jìn)行，膠料性能測(cè)試均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

均勻劑H40MSF的理化性能如表1所示。從表1可以看出，均勻劑H40MSF的理化性能符合指標(biāo)要求。

表1 均勻劑H40MSF的理化性能

2.2 PAHs含量

用溶劑萃取均勻劑，再用氣相色譜/質(zhì)譜儀（GC/MS）定量分析均勻劑PAHs含量。根據(jù)歐盟2005/69/EC指令，從2010年1月1日起，直接投入市場(chǎng)或用于制造輪胎的填充油或含有芳烴物質(zhì)的橡膠助劑應(yīng)滿足以下條件：苯并（a）芘含量不超過(guò)1 mg·kg－1，PAHs總含量不超過(guò)10 mg·kg－1。均勻劑H40MSF的PAHs含量檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出，均勻劑H40MSF中未檢出苯并（a）芘，PAHs總含量符合歐盟指令要求。

表2 均勻劑H40MSF的PAHs含量檢測(cè)結(jié)果

2.3 膠料加工性能

2.3.1 混煉能耗

文獻(xiàn)[3]介紹，均勻劑作為一種重要的橡膠加工助劑，可以顯著降低膠料混煉過(guò)程中的能耗，改善膠料的加工性能。膠料一段混煉能耗與混煉時(shí)間的關(guān)系見(jiàn)圖1。從圖1可以看出，添加均勻劑H40MSF的試驗(yàn)配方膠料混煉時(shí)間縮短，混煉能耗降低，混煉效率提高，這是由于均勻劑加快了炭黑在橡膠中的混入速度。經(jīng)測(cè)算，試驗(yàn)配方膠料的一段混煉能耗比生產(chǎn)配方膠料降低約24%。

圖1 膠料一段混煉能耗與混煉時(shí)間的關(guān)系

2.3.2 門(mén)尼粘度

一段混煉膠和二段混煉膠的門(mén)尼粘度見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，試驗(yàn)配方膠料混煉320 s時(shí)的門(mén)尼粘度比生產(chǎn)配方膠料混煉400 s時(shí)的門(mén)尼粘度低，即試驗(yàn)配方膠料在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到了較低的門(mén)尼粘度，這表明均勻劑H40MSF可以降低混煉膠的門(mén)尼粘度，改善混煉膠的加工性能。

圖2 一段混煉膠和二段混煉膠的門(mén)尼粘度

2.4 膠料物理性能

膠料的物理性能見(jiàn)表3。從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，添加均勻劑H40MSF的試驗(yàn)配方膠料焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，正硫化時(shí)間和硫化速度基本相當(dāng)，說(shuō)明均勻劑對(duì)膠料的焦燒時(shí)間有一定的延遲作用[4]；粘合強(qiáng)度增大，說(shuō)明均勻劑H40MSF顯著提高了膠料的自粘性；100%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度減小，但能達(dá)到使用要求；拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度增大；炭黑分散等級(jí)和氣密性明顯提高，耐屈撓性能和耐熱老化性能較好。

表3 膠料的物理性能

2.5 炭黑分散性

膠料中炭黑分散情況（放大60倍）見(jiàn)圖3。從圖3可以看出，試驗(yàn)配方膠料的炭黑分散性?xún)?yōu)于生產(chǎn)配方膠料，可見(jiàn)試驗(yàn)配方膠料在混煉時(shí)間縮短的情況下，炭黑分散性提高。均勻劑H40MSF提高炭黑分散性主要有2個(gè)方面的因素[5]：一是由于均勻劑中低相對(duì)分子質(zhì)量樹(shù)脂的存在，炭黑與橡膠之間的界面粘合性增強(qiáng)，在機(jī)械剪切力作用下膠料的內(nèi)摩擦力增大，使炭黑粒子受到更強(qiáng)的剪切作用，炭黑聚集體粒徑減?。欢怯捎谠诠不鞙囟认?，均勻劑組分增加了橡膠對(duì)炭黑的潤(rùn)濕作用，促進(jìn)炭黑在膠料中的快速分散，同時(shí)降低了炭黑粒子碰撞聚集的機(jī)會(huì)，故炭黑分散程度高。

圖3 膠料中炭黑分散情況

2.6 培恩效應(yīng)

膠料儲(chǔ)能模量（G′）與應(yīng)變（ε）的關(guān)系如圖4所示，測(cè)試條件為：溫度100 ℃，頻率1 Hz，應(yīng)變掃描范圍0.7%～400%。從圖4可以看出：在低應(yīng)變下，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的G′減小，表明其培恩效應(yīng)減弱，填料網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)減弱，即試驗(yàn)配方膠料填料分散性更好；隨著應(yīng)變?cè)龃?，生產(chǎn)配方和試驗(yàn)配方膠料的G′減小，并逐步趨于相同。

圖4 膠料G′與ε的關(guān)系

3 結(jié)論

均勻劑H40MSF的環(huán)保性能符合歐盟2005/69/EC指令要求，能降低膠料門(mén)尼粘度和混煉能耗，提高膠料的加工安全性能、耐屈撓性能和耐熱老化性能，改善膠料的自粘性、炭黑分散性和氣密性；膠料的定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度減小，但能達(dá)到使用要求。均勻劑H40MSF可以在半鋼子午線輪胎氣密層膠中推廣使用。