SBR/TRR共混膠的共混比對農(nóng)業(yè)輪胎側(cè)膠性能的影響*

苗 非，徐云慧,2**，孫 鵬，王艷秋，陳忠生，韋幫風

(1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 徐州 221140；2．中國礦業(yè)大學(xué),江蘇 徐州 221116；3.徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州 221005)

輪胎再生膠(TRR)是廢舊輪胎胎面膠經(jīng)過粉碎、加熱、機械處理等物理化學(xué)過程,從彈性狀態(tài)變成具有塑性和黏性的能夠再硫化的橡膠。由于輪胎再生膠具有一定的塑性和補強作用，易與生膠和配合劑混合，節(jié)省工時，降低動力消耗；收縮性小，流動性和耐老化性能好； 硫化速度快，抗焦燒性能好等優(yōu)點；而且價格低廉，物理性能良好，因此廣泛用于輪胎、膠鞋、涂料和電纜防護層等制品中。近年來隨著丁苯橡膠(SBR) 的價格一路攀升,環(huán)境保護措施不斷加強，輪胎制造等橡膠行業(yè)越來越重視對輪胎再生膠的循環(huán)利用[1]。

本課題通過研究改變農(nóng)業(yè)輪胎胎側(cè)膠中SBR和TRR共混比來研究胎側(cè)膠的性能，旨在尋找到TRR代替SBR使用的可能性及對胎側(cè)膠性能的影響。

農(nóng)業(yè)輪胎的胎側(cè)位于肩部和胎圈之間，具有良好彈性保護著胎體。輪胎在行駛過程中，胎側(cè)是主要受壓、受熱部位，承受較大的機械變形，而且由于胎側(cè)較薄，在輪胎側(cè)部最外邊，運動過程中持續(xù)不斷受到屈撓作用，這就決定了胎側(cè)膠必須具備較好的力學(xué)性能、較高的動態(tài)疲勞性能、耐屈撓龜裂和耐熱老化性能[2]。

1 實驗部分

1.1 原料

20#標準膠：新遠大橡有限公司；SBR1502:中國石油天然氣有限責任公司；順丁橡膠9000:蘇州寶禧化工有限公司；硬脂酸、防護蠟：中國石化南京化工廠；防老劑RD、芳烴油、松焦油:蘭州市化學(xué)工業(yè)公司；氧化鋅、防老劑4020、均勻分散劑MS:上海智孚化工科技有限公司；促進劑NOBS:上海成錦化工有限公司；高耐磨炭黑N330、通用炭黑N660：四川實達化工有限責任公司；硫黃：浙江黃巖浙東橡膠助劑有限公司；古馬?。荷虾Ｓ痫w陽化工有限公司；TRR：衡水金都橡膠化工有限公司生產(chǎn)，按國家標準GB/T 13460—2008進行硫化，其力學(xué)性能見表1。

表1 TRR力學(xué)性能1)

1) 膠料配方(質(zhì)量份)為:TRR 100；促進劑NOBS 2.4；氧化鋅 7.5；硫黃 3.5；硬脂酸 1.0。

1.2 儀器設(shè)備

開煉機XK-160:上海雙翼橡塑機械有限公司；平板硫化機:HS-100T-RTMO，深圳佳鑫電子設(shè)備科技有限公司；門尼黏度儀NW-97、無轉(zhuǎn)子硫化儀GT-M2000-A、密度測試儀XS365M、高低溫拉力試驗機GT-AI-7000-GD、臭氧老化機GT-0500、炭黑分散儀GT-505-C8D、壓縮生熱測定儀RH-2000N:臺灣高鐵檢測儀器有限公司；邵爾LX-A硬度計、WTB-0.5沖擊彈性儀、屈撓龜裂試驗機：江都市真威試驗機械有限公司；熱空氣老化箱：RLH-225，南京五和實驗設(shè)備有限公司。

1.3 實驗配方

課題組根據(jù)TRR和SBR配比的不同共分7個配方進行研究，實驗配方見表2。

表2 實驗配方

1.4 共混工藝

農(nóng)業(yè)輪胎胎側(cè)膠采用開煉機二段混煉法進行混煉。

一段混煉：SBR/TRR共混存放，NR塑煉包輥，然后與BR9000、SBR/TRR共混膠共混，添加35份通用炭黑N660和25份濕法高耐磨炭黑N330，混煉均勻，待吃粉完畢，再添加其它配合劑，薄通8～10次，下片存放4～16 h，母煉膠形成。

二段混煉：母煉膠熱煉包輥，添加硫黃和促進劑NOBS，薄通8～10次，下片存放4～24 h，終煉膠形成。

1.5 性能測試

門尼黏度測試采用GB/T 1232.1—2000標準；硫化特性測試采用GB/T 16584—1996標準；硬度測試采用GB/T 531.1—2008標準；拉伸性能測試采用GB/T 528—2009標準；撕裂強度的測定采用GB/T 529—2009標準；橡膠屈撓龜裂試驗采用GB/T 13934—2009標準；熱氧老化試驗采用GB/T 3512—2001標準；耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗采用GB/T 7762—2014標準；壓縮生熱試驗采用GB/T 1687—1993標準[3]。

2 結(jié)果與討論

2.1 混煉膠性能

2.1.1 未硫化膠塑性

未硫化膠的塑性通過無轉(zhuǎn)子硫化儀進行測試，門尼黏度值見表3。

表3 膠料門尼黏度值

通過表3發(fā)現(xiàn)，隨著TRR代替SBR用量的增加，門尼黏度值整體呈下降趨勢，說明膠料的流動性隨著TRR用量的增加，農(nóng)業(yè)輪胎胎側(cè)膠的流動性增加，工藝加工性能改善[4]。

2.1.2 硫化特性

在測試溫度為150 ℃，測試時間為35 min條件下，各共混方法制備的膠料硫化特性如表4所示。

通過表4中的7組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，隨著輪胎再生膠用量的增加，焦燒時間(t10)、工藝正硫化時間(t90)和理論正硫化時間(t100)的數(shù)據(jù)都是很有規(guī)律地呈下降趨勢，所用的硫化時間會越來越短，膠料的操作安全性有了一定的提高。

表4 膠料的硫化特性值

2.1.3 炭黑分散性能

炭黑分散性好壞程度取決于混煉過程中炭黑的均勻程度[5]，7組胎側(cè)膠炭黑分散情況如表5和圖1所示，從表5和圖1可以看出，5#配方的炭黑分散性最好。

表5 炭黑分散性

2.2 硫化膠性能

2.2.1 力學(xué)性能

7種膠料的物理機械性能測試結(jié)果如表6所示。

圖1 炭黑分散圖(左側(cè)為實際分散圖，右側(cè)為對比圖)

表6 膠料的物理機械性能

從表6可以看出隨著TRR代替SBR份數(shù)的增多，拉伸強度從2#開始先升高，5#最高，后又降低；伸長率逐漸下降；硬度、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力、撕裂強度均逐漸升高；壓縮生熱溫度1#和5#最低，壓縮生熱性能最好；經(jīng)9萬次疲勞屈撓后，除了1#和2#出現(xiàn)異常，其它均完好。

2.2.2 老化性能

2.2.2.1 熱氧老化性能

通過將7組膠料在100 ℃、48 h條件下進行熱氧老化，老化后力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表7，老化后膠料的硬度、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力均較老化前增加，而拉伸強度和伸長率均較老化前下降，整體比較熱氧老化性能較好的為1#和5#配方。

表7 膠料的熱氧老化性能

2.2.2.2 臭氧老化性能

通過將7組膠料在臭氧質(zhì)量分數(shù)為2×10-4、試樣伸長率為20%、實驗溫度為40 ℃、臭氧流速為500 mL/min條件下，經(jīng)過48 h不間斷的臭氧老化實驗，出現(xiàn)裂口時間和48 h后裂口現(xiàn)象如表8所示，經(jīng)過分析7組膠料中1#～4#出現(xiàn)的龜裂現(xiàn)象，可知1#、3#龜裂現(xiàn)象嚴重[6]。

表8 膠料的臭氧老化情況

2.3 理論分析

(1) 在農(nóng)業(yè)輪胎中使用SBR/TRR共混膠可改善低溫乳聚SBR的加工性能。低溫乳聚SBR分子主鏈上引入了龐大苯級側(cè)基，并在丁二烯1，2-結(jié)構(gòu)形成乙烯側(cè)基，空間位阻大，分子鏈柔性差，相對分子鏈分布窄，缺少低分子級別的增塑作用，因此加工性能差。而TRR具有良好的塑性，易與SBR和其它生膠及配合劑混合，加工性能好，可使混煉加工過程生熱減少，避免膠料焦燒，還可使混煉膠質(zhì)量均勻，并可節(jié)省工時，降低動力消耗；也可減少壓延時的收縮性和壓出時的膨脹性，半成品外觀缺陷減少；同時也可增加膠料的自黏性，提高膠料與膠料間、膠料與簾布間的附著力，從而改善了低溫乳聚SBR的加工性能。

(2) 在農(nóng)業(yè)輪胎中使用SBR/TRR共混膠可改善低溫乳聚SBR的硫化性能。低溫乳聚SBR為不飽和橡膠，雙鍵數(shù)目少，且不存在甲基側(cè)基及其推電子作用，雙鍵的活性較低，硫化速度慢，添加TRR進行共混，可加快膠料的硫化速度，且硫化返原傾向小。

3 結(jié) 論

通過改變TRR和SBR不同的配比，研究發(fā)現(xiàn)，隨著再生膠用量的增加，膠料流動性增加，撕裂強度增加，拉伸強度稍下降，且其它性能也相對較好，能滿足使用要求。綜合比較采用配方5#(SBR/TRR共混膠共混比為40∶20)煉制成的膠料性能最好，炭黑分散性最好，屈撓性較好，生熱溫度較低，拉伸強度和撕裂強度均較高，耐臭氧老化和熱氧老化性能較好。

參 考 文 獻：

[1] 王廷山，李永新，張萬清，等.再生膠對農(nóng)業(yè)輪胎胎面膠性能的影響[J].輪胎工業(yè)，2008，28 (3)：162-164.

[2] 李冬,田小順,劉曉慶,等.再生膠在轎車子午線輪胎胎側(cè)膠中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè)，2009，29(2)：105-107.

[3] 翁國文，聶恒凱．橡膠物理機械性能測試[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009：4-5，9-12．

[4] 張宏文，張波，劉玉成.高強度再生膠在輕型載重輪胎胎面膠中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè)，2009，29(1)：46-49

[5] 張兆紅，徐云慧，邢立華.炭黑與NR/BR/EPDM共混膠混煉工藝研究[J].彈性體,2011,21(5)：60-63.

[6] 徐云慧,佟蘭,韋幫風,等.不同防護體系對胎面膠耐臭氧老化性能的影響[J].化工進展，2014，33(1)：159-164.