改性氧化鋅在全鋼子午線輪胎胎側(cè)膠中的應(yīng)用

田巍娟，李鳳威，劉 樂

（陜西延長石油集團(tuán)橡膠有限公司，陜西 咸陽 712000）

2012年11月1日歐盟輪胎標(biāo)簽法正式實(shí)施，低鋅綠色輪胎受到極大關(guān)注。在輪胎的使用、報(bào)廢堆放和回收處理中，鋅的釋放會(huì)對人體健康和環(huán)境，尤其對水生生物造成不利影響，按照歐盟委員指令2003/105/EC，氧化鋅被劃為N類，即對環(huán)境有害物質(zhì)，國際環(huán)保組織已經(jīng)呼吁橡膠輪胎行業(yè)減小氧化鋅用量[1-3]。

使用傳統(tǒng)間接法氧化鋅會(huì)造成大量鋅粒子滯留在橡膠中，目前減小輪胎中的氧化鋅用量的方法主要有兩種：使用其他有效的硫化活性劑；提高氧化鋅的活性，如減小氧化鋅粒子粒徑、增大比表面積，對氧化鋅進(jìn)行活性處理[2-5]。改性氧化鋅由經(jīng)超細(xì)處理、活性處理和抗靜電處理后的納米氧化鋅與多種活性物質(zhì)用特殊表面處理工藝制成，具有比表面積大、反應(yīng)活性高、分散性好、鋅含量較低的特點(diǎn)。

本工作研究改性氧化鋅在全鋼子午線輪胎胎側(cè)膠中的應(yīng)用，為減小輪胎鋅含量提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國石油獨(dú)山子石化公司產(chǎn)品；炭黑N375，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；間接法氧化鋅（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.997）和改性氧化鋅，市售產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方見表1。

表1 試驗(yàn)配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

BB-2和BB430型密煉機(jī)，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；F270型密煉機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品；XK-150型開煉機(jī)，廣東省湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XLB-D型平板硫化機(jī)，湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；Instron3365型拉力機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；LR-01型老化箱，重慶恒達(dá)儀器廠產(chǎn)品。

1.4 膠料混煉

1.4.1 小配合試驗(yàn)

膠料混煉分兩段進(jìn)行。一段混煉在BB-2型密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：生膠→間接法氧化鋅或改性氧化鋅→樹脂、防老劑和加工助劑→炭黑和芳烴油→提壓砣→排膠（150 ℃）。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→促進(jìn)劑、硫黃和防焦劑→混煉均勻→下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉。一段混煉在BB430型密煉機(jī)中進(jìn)行，二段混煉在F270型密煉機(jī)中進(jìn)行。

一段混煉工藝為：生膠→間接法氧化鋅/改性氧化鋅→樹脂、防老劑和加工助劑→炭黑→壓壓砣→提壓砣→芳烴油→壓壓砣→排膠（165 ℃或130 s）。

二段混煉工藝為，一段混煉膠→促進(jìn)劑、硫黃、防焦劑→壓壓砣→提壓砣→壓壓砣→提壓砣→壓壓砣→排膠（110 ℃或120 s）。

1.5 性能測試

膠料性能測試按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性質(zhì)

改性氧化鋅的理化性質(zhì)如表2所示。

表2 改性氧化鋅的理化性質(zhì)

從表2可以看出：改性氧化鋅的理化性質(zhì)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；與間接法氧化鋅相比，改性氧化鋅的氧化鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小約15%。

2.2 小配合試驗(yàn)

2.2.1 混煉膠性能

小配合試驗(yàn)混煉膠性能如表3所示。

表3 小配合試驗(yàn)混煉膠性能

從表3可以看出，與間接法氧化鋅膠料相比，改性氧化鋅膠料的門尼粘度略大，硫化特性基本相當(dāng)，可見改性氧化鋅在硫化過程中被充分利用。

2.2.2 硫化膠性能

小配合試驗(yàn)硫化膠性能如表4所示。

表4 小配合試驗(yàn)硫化膠性能

從表4可以看出，與間接法氧化鋅膠料相比，改性氧化鋅膠料的300%定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度略有提高，拉斷伸長率稍有降低，其他物理性能和耐熱老化性能基本相當(dāng)。

2.3 大配合試驗(yàn)

2.3.1 混煉膠性能

大配合試驗(yàn)混煉膠性能如表5所示。

表5 大配合試驗(yàn)混煉膠性能

2.3.2 硫化膠性能

大配合試驗(yàn)硫化膠性能如表6所示。

表6 大配合試驗(yàn)硫化膠性能

從表5和6可以看出，大配合試驗(yàn)與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

3 結(jié)論

（1）在全鋼子午線輪胎胎側(cè)膠中用改性氧化鋅等量替代間接法氧化鋅，膠料的硫化特性、物理性能和耐熱老化性能基本相當(dāng)。

（2）與間接法氧化鋅相比，改性氧化鋅的鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小約15%，且成本較低，符合低鋅綠色輪胎發(fā)展趨勢。