環(huán)保塑解劑在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中的應(yīng)用

齊 婷，張家翔，霍柱輝

（1.中國(guó)化工橡膠桂林輪胎有限公司，廣西 桂林 541805；2.桂林國(guó)際電線電纜集團(tuán)有限責(zé)任公司，廣西 桂林 541100）

全鋼載重子午線輪胎帶束層膠基本上采用全天然橡膠（NR），且加入大用量的炭黑和白炭黑，以保證膠料具有較好的粘性和較大的定伸應(yīng)力，利于膠料與鋼絲粘合和輪胎成型貼合。為改善帶束層膠的加工性能，降低膠料的門尼粘度和塑性值，可以通過膠料多段混煉，也可通過在膠料中添加增塑劑來實(shí)現(xiàn)[1]。膠料多段混煉周期長(zhǎng)且能量消耗大，生產(chǎn)效率低；而添加增塑劑可提高生產(chǎn)效率，是目前常用的一種方法。

增塑劑可分為物理增塑劑和化學(xué)增塑劑（塑解劑），出于性能、成本等多方面的考慮，帶束層膠較少使用物理增塑劑。相對(duì)于物理增塑劑，塑解劑在膠料中使用時(shí)具有引發(fā)并促進(jìn)大分子鏈斷裂、改善加工性能、提高塑煉效率和降低能耗的作用[2-3]，并具有用量小、成本低和效果好等優(yōu)點(diǎn)。原來使用的塑解劑多為塑解劑SJ-103（五氯硫酚），由于環(huán)保問題，其生產(chǎn)和使用已受限制，已逐步被環(huán)保型化學(xué)塑解劑替代使用。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的環(huán)保型塑解劑基本為2，2′-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物的復(fù)配物。

本工作在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中對(duì)塑解劑RP68，A88，A89和A這4種2，2′-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物塑解劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，探究其塑煉效果及對(duì)膠料性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑N375和白炭黑HM-2170，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；塑解劑RP68，國(guó)內(nèi)A公司產(chǎn)品；塑解劑A88和A89，國(guó)內(nèi)B公司產(chǎn)品；塑解劑A，市售品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑/白炭黑 52，氧化鋅 8，防老劑 3.5，不溶性硫黃/促進(jìn)劑 6.2，其他 10.7。

1#—4#試驗(yàn)配方分別添加0.5份塑解劑RP68，A88，A89和A，其余組分和用量與生產(chǎn)配方相同。

1.3 主要設(shè)備和儀器

Φ160×320型開煉機(jī)，廣東省湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；BB-2型密煉機(jī)，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；GK400N和GK255N型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XLB-D 400×400型平板硫化機(jī)，浙江湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；MV-3000型門尼粘度試驗(yàn)機(jī)和TCS-2000型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 塑煉膠和混煉膠制備

1.4.1 塑煉膠

NR塑煉在BB-2型密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，密煉室溫度為（75±5） ℃，塑煉工藝為：NR和塑解劑→壓壓砣50s提壓砣，翻膠50s壓壓砣60s排膠至Φ160×320型開煉機(jī)，塑煉膠在開煉機(jī)上過輥（輥距3.5 mm）3次，下片。膠片冷卻，停放1 h。

1.4.2 混煉膠

小配合試驗(yàn)?zāi)z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：NR→提壓砣50s塑解劑、活性劑和防老劑等小料20s炭黑和白炭黑40s清掃，壓壓砣40s排膠，停放4 h。二段混煉在Φ160×320型開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→過輥5次→硫黃和促進(jìn)劑→薄通5次→過輥3次→左右割刀3次→出片（總混煉時(shí)間約6 min）。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分四段進(jìn)行，塑解劑和小料一起稱裝在同一個(gè)投料袋中。一、二、三段混煉在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室溫度均為150 ℃。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：NR、小料和炭黑35s提壓砣40s清掃，壓壓砣30s排膠（170±5 ℃）。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠和白炭黑25s提壓砣40s清掃，壓壓砣30s排膠（150±5 ℃）。三段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠25s提壓砣40s清掃，壓壓砣30s排膠（150±5 ℃）。四段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，密煉室溫度為150 ℃。混煉工藝為：三段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑40s清掃，壓壓砣45s清掃，壓壓砣15s排膠（105 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 塑煉試驗(yàn)

4種塑解劑對(duì)NR塑煉膠門尼粘度和門尼應(yīng)力松弛性能的影響如表1所示。

從表1可以看出，與未加塑解劑的塑煉膠相比，添加塑解劑的塑煉膠門尼粘度明顯下降，其中添加塑解劑RP68和A89的塑煉膠門尼粘度下降幅度大于添加塑解劑A88和A的塑煉膠。

橡膠的應(yīng)力松弛是由于橡膠分子運(yùn)動(dòng)滯后于應(yīng)力而產(chǎn)生的，是大分子在力的長(zhǎng)時(shí)間作用下發(fā)生了構(gòu)象改變，這種橡膠分子鏈在外力作用下由原構(gòu)象過渡到與外力相適應(yīng)的構(gòu)象的過程，稱作應(yīng)力松弛過程。應(yīng)力松弛時(shí)間長(zhǎng)短反映了橡膠分子重排的難易，時(shí)間長(zhǎng)則表示分子內(nèi)聚力大、難于重排、粘度大且流動(dòng)性差[4]。同理，經(jīng)過相同應(yīng)力松弛時(shí)間，門尼粘度值大的橡膠分子重排困難、粘度大且塑性差。表1中塑煉膠t80從短到長(zhǎng)和x30從小到大的順序均為塑解劑A89塑煉膠、塑解劑RP68塑煉膠、塑解劑A塑煉膠、塑解劑A88塑煉膠和未添加塑解劑塑煉膠。

表1 塑解劑對(duì)NR塑煉膠門尼粘度和門尼應(yīng)力松弛性能的影響

綜合得出，塑解劑RP68和A89的塑化效果優(yōu)于塑解劑A88和A。

2.2 小配合試驗(yàn)

2.2.1 硫化特性

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的門尼粘度和硫化特性見表2。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的門尼粘度和硫化特性

從表2可以看出，1#—3#試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度均有明顯下降，其中1#試驗(yàn)配方膠料門尼粘度值降幅最大，4#試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度并未與塑煉膠一樣呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，且1#—4#試驗(yàn)配方膠料的t80和x30數(shù)據(jù)均沒表現(xiàn)出塑解劑的塑化效果。在膠料中加入塑解劑RP68，A88和A89，雖然膠料的門尼粘度均下降，但沒有表現(xiàn)出在NR塑煉時(shí)門尼粘度大幅度下降的塑化效果，原因是炭黑的加入降低了塑解劑的作用。

從表2還可以看出：4個(gè)試驗(yàn)配方膠料的門尼焦燒時(shí)間均呈現(xiàn)縮短趨勢(shì)，其中1#和3#試驗(yàn)配方膠料的門尼焦燒時(shí)間長(zhǎng)于2#和4#試驗(yàn)配方膠料，但4個(gè)試驗(yàn)配方膠料的門尼焦燒時(shí)間仍處于較好水平，可滿足加工安全要求；1#—3#試驗(yàn)配方膠料的FL小于生產(chǎn)配方膠料，與門尼粘度數(shù)據(jù)表現(xiàn)一致；1#—4#試驗(yàn)配方膠料的Fmax-FL明顯大于生產(chǎn)配方膠料，說明這4種塑解劑對(duì)膠料存在交聯(lián)作用，其中塑解劑A89交聯(lián)作用最大；4個(gè)試驗(yàn)配方膠料的ts2與生產(chǎn)配方膠料相差不大，但t90縮短，說明塑解劑也具有加快硫化速度作用。

2.2.2 物理性能

小配合試驗(yàn)?zāi)z料物理性能如表3所示。

從表3可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的硬度和100%定伸應(yīng)力略有增大，300%定伸應(yīng)力相差不大，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和H抽出力略有下降，拉斷永久變形減小，耐熱老化性能略差。

表3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能

綜合這4種塑解劑對(duì)膠料門尼粘度、硫化特性和物理性能的影響，認(rèn)為在帶束層膠中添加塑解劑RP68和A89效果最好。

2.3 大配合試驗(yàn)

2.3.1 正常工藝

選擇添加塑解劑RP68和A89的1#和3#試驗(yàn)配方進(jìn)行正常工藝的大配合試驗(yàn)，膠料的門尼粘度和門尼應(yīng)力松弛性能如表4所示（二段混煉膠由于門尼粘度過大，測(cè)試數(shù)據(jù)未列出）。

從表4可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，1#和3#試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度降低，t80和x30表征的塑化效果較好，這與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

表4 正常工藝大配合試驗(yàn)?zāi)z料的門尼粘度和門尼應(yīng)力松弛性能

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性和物理性能如表5所示。

從表5可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，1#和3#配方膠料的門尼焦燒時(shí)間縮短，1#配方膠料的門尼焦燒時(shí)間最短，但仍可滿足生產(chǎn)工藝時(shí)間要求；ts2和t90略有縮短，F(xiàn)max-FL略有增大，這也與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致；100%定伸應(yīng)力略有增大、300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)、H抽出力變化不大，壓縮生熱降低，拉斷永久變形減小，耐熱老化性能略差。

表5 正常工藝大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性和物理性能

綜合表4和5可以得出，帶束層膠加入塑解劑RP68和A89，可以有效降低膠料的門尼粘度，而對(duì)膠料物理性能影響不大。

2.3.2 優(yōu)化工藝

帶束層膠添加塑解劑，按正常生產(chǎn)煉膠工藝試驗(yàn)，膠料的門尼粘度明顯下降。出于降低成本、提高生產(chǎn)效率考慮，對(duì)帶束層膠煉膠工藝優(yōu)化，取消原三段混煉工藝，塑解劑用量由0.5份調(diào)整為0.4份，優(yōu)化工藝試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，減小塑解劑用量，減少煉膠段數(shù)，1#和3#配方膠料的門尼粘度仍然低于正常生產(chǎn)配方膠料，而拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率略有降低，耐熱老化性能略差。

表6 優(yōu)化工藝大配合試驗(yàn)?zāi)z料的性能

從壓出的終煉膠片看，試驗(yàn)配方膠片表面的平整和光滑性好于生產(chǎn)配方膠片表面。

綜合得出，全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中添加塑解劑RP68和A69，可以減少膠料混煉段數(shù)，提高生產(chǎn)效率。

3 結(jié)論

在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中添加塑解劑RP68和A89，膠料的門尼粘度大幅降低，混煉工藝性能改善，混煉段數(shù)可減小，混煉效率提高，可節(jié)省膠料混煉的人力、物力和能耗，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。