沉淀法白炭黑ZC-120MP在低滾動(dòng)阻力全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

冉宇寧，佘騰龍，王 丹，朱碧柱

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008）

按生產(chǎn)工藝分，白炭黑主要有沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。沉淀法白炭黑價(jià)格低廉，且具有較好的補(bǔ)強(qiáng)性能，與硅烷偶聯(lián)劑共同作用可降低膠料滯后損失，因此廣泛應(yīng)用于輪胎生產(chǎn)中。但不同沉淀法白炭黑產(chǎn)品因粒徑和結(jié)構(gòu)不同，對(duì)膠料的補(bǔ)強(qiáng)性能、耐磨性能和滾動(dòng)阻力等影響不同。隨著對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力降低以及濕抓著性能改善要求的持續(xù)提高，各種白炭黑產(chǎn)品的應(yīng)用研究進(jìn)一步深入。

沉淀法白炭黑ZC-120MP是一種具有高分散性、高純度、較大粒徑和高結(jié)構(gòu)的白炭黑新產(chǎn)品。本工作主要研究沉淀法白炭黑ZC-120MP在全鋼載重子午線輪胎胎面上層膠和胎面基部膠中的應(yīng)用，考察其對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力和耐久性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)普吉宏曼麗（橡膠）有限公司產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石化北京燕山石油化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N234，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；沉淀法白炭黑ZC-120MP，福建正盛無(wú)機(jī)材料股份有限公司產(chǎn)品；常用白炭黑（無(wú)定形沉淀法白炭黑），國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備與儀器

152.4 mm（6英寸）開(kāi)煉機(jī)和平板硫化機(jī)，青島巨融機(jī)械技術(shù)有限公司產(chǎn)品；3 L密煉機(jī)和F-270型密煉機(jī)，英國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；PX-420型密煉機(jī)，意大利POMINI公司產(chǎn)品；MV2000型門(mén)尼粘度儀和MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；T2000E型電子拉力機(jī)和Y3000E型壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；EPH-50型橡膠回彈儀，英國(guó)SATRA公司產(chǎn)品；GT-7012-D型DIN磨耗試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；DMA2980型動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀，美國(guó)杜邦公司產(chǎn)品；TJR-RR-TB（Y）型載重輪胎滾動(dòng)阻力試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車(chē)輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 配方

（1）全鋼載重子午線輪胎胎面上層膠配方

試驗(yàn)配方：NR，60；BR，40；炭黑N234，45；白炭黑ZC-120MP，15；氧化鋅，3.5；硬脂酸，2；促進(jìn)劑CBS，1.3；硫黃，1.3；其他，9.8；合計(jì)，177.9。

生產(chǎn)配方：除白炭黑為常用白炭黑之外，其余同試驗(yàn)配方。

（2）全鋼載重子午線輪胎胎面基部膠配方

試驗(yàn)配方：NR，100；炭黑N234，15；白炭黑ZC-120MP，45；芳烴油，10；氧化鋅，3.5；硬脂酸，2；偶聯(lián)劑Si69，10；促進(jìn)劑TBBS，1.3；促進(jìn)劑DPG，1；硫黃，1.8；其它，12.75；合計(jì)，202.35。

生產(chǎn)配方：除白炭黑為常用白炭黑之外，其余同試驗(yàn)配方。

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在3 L密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠和小料→壓壓砣→提壓砣→炭黑和白炭黑→壓壓砣→提壓砣（溫度110 ℃）→芳烴油→排膠（溫度145 ℃）；二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→薄通6次→打1個(gè)卷后下片。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分4段進(jìn)行。一、二、三段在PX-420型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速由40 r·min-1降至25 r·min-1，每段之間停放8～12 h。一段混煉工藝為：生膠→炭黑、白炭黑→氧化鋅、偶（溫度110 ℃）→芳烴油→排膠（溫度150 ℃）；二段加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→剩余小料→排膠（溫度140 ℃）；三段混煉不加任何配料，135 ℃排膠；四段混煉在F270型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速20 r·min-1，混煉工藝為：三段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑→排膠（溫度105 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試條件為應(yīng)變0.25%，頻率10 Hz，溫度30～100 ℃，升溫速度2 ℃·min-1。膠料其他性能測(cè)試均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

白炭黑ZC-120MP的理化性能見(jiàn)表1。從表1可以看出，與常用白炭黑相比，白炭黑ZC-120MP 的DBP吸收值較高，比表面積很小，即白炭黑ZC-120MP具有較大的粒徑與很高的結(jié)構(gòu)。

表1 白炭黑ZC-120MP的理化性能

2.2 小配合試驗(yàn)

2.2.1 未硫化膠性能

（1）加工特性

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的加工特性見(jiàn)表2。從表2可以看出：無(wú)論是胎面上層膠還是胎面基部膠，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門(mén)尼粘度和ML較小，門(mén)尼松弛直線斜率絕對(duì)值較大，表明白炭黑ZC-120MP膠料的加工性能優(yōu)于常用白炭黑膠料；門(mén)尼焦燒時(shí)間較短，說(shuō)明白炭黑ZC-120MP膠料的加工安全性能稍差。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的加工特性

（2） 硫化特性

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性見(jiàn)表3。從表3可以看出，無(wú)論是胎面上層膠還是胎面基部膠，與生產(chǎn)配方相比，試驗(yàn)配方膠料的t10，t50和t90及門(mén)尼焦燒時(shí)間△t30均稍短，表明白炭黑ZC-120MP膠料的硫化速度比常用白炭黑膠料快。

表3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

2.2.2 硫化膠性能

小配合試驗(yàn)的硫化膠性能見(jiàn)表4。從表4可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的彈性較好，壓縮生熱較低，tanδ較小，表明白炭黑ZC-120MP膠料的滾動(dòng)阻力低于常用白炭黑膠料；試驗(yàn)配方膠料的磨耗量和切削減量較大，撕裂強(qiáng)度、G′和G″較小，其余性能與生產(chǎn)配方膠料相當(dāng)。綜合得出，白炭黑ZC-120MP用于胎面基部膠，既能降低輪胎滾動(dòng)阻力，又不會(huì)影響輪胎的耐磨性能。

表4 小配合試驗(yàn)硫化膠性能

2.3 大配合試驗(yàn)

從綜合性能考慮，選擇胎面基部膠配方進(jìn)行大配合試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5可以看出，胎面基部膠的大配合與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

表5 胎面基部膠大配合試驗(yàn)結(jié)果

2.4 成品輪胎性能

以大配合試驗(yàn)胎面基部膠試制輪胎，成品輪胎性能見(jiàn)表6。從表6可以看出，與生產(chǎn)輪胎相比，試驗(yàn)輪胎的滾動(dòng)阻力因數(shù)減小，耐久性能提高。

表6 成品輪胎性能

3 結(jié)論

在全鋼載重子午線輪胎胎面基部膠中，用白炭黑ZC-120MP替代常用白炭黑，膠料的加工性能較好、硫化速度加快，可以進(jìn)一步提高硫化效率；膠料的生熱低、彈性好，耐磨性能不受影響；成品輪胎的滾動(dòng)阻力降低，耐久性能提高。