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    環(huán)保改性補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L在全鋼載重子午線輪胎氣密層和胎側(cè)膠中的應(yīng)用

    2020-07-28 02:51:56薛彬彬陳建軍倪海超
    輪胎工業(yè) 2020年1期
    關(guān)鍵詞:氣密物理性能炭黑

    薛彬彬,陳建軍,倪海超

    (山東華盛橡膠有限公司,山東 廣饒 257300)

    近期我國(guó)環(huán)保政策頻出,體現(xiàn)了對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視,促使相關(guān)化工產(chǎn)品供貨緊張,且價(jià)格居高不下,使國(guó)內(nèi)輪胎市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈,輪胎行業(yè)利潤(rùn)下滑。在保證輪胎性能的前提下,降低生產(chǎn)成本成為輪胎企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的有效方法。因此,優(yōu)質(zhì)低價(jià)的綠色環(huán)保材料在輪胎中的應(yīng)用受到重視。

    高嶺土是一種非金屬礦產(chǎn),呈潔白細(xì)膩、松軟土狀,具有良好的可塑性和耐熱性等[1]。綠色環(huán)保改性補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L(簡(jiǎn)稱補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L)是通過對(duì)礦物材料進(jìn)行表面改性處理而研發(fā)的一種新型補(bǔ)強(qiáng)填料,有良好的補(bǔ)強(qiáng)性、分散性和膠料物理性能,且符合環(huán)保要求,無析出,使用安全,同時(shí)可降低輪胎生產(chǎn)成本,提高膠料的加工安全性和氣密性。本工作研究補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L在全鋼載重子午線輪胎氣密層和胎側(cè)膠中的應(yīng)用。

    1 實(shí)驗(yàn)

    1.1 主要原材料

    天然橡膠(NR),STR20,泰國(guó)產(chǎn)品;溴化丁基橡膠(BIIR),牌號(hào)2222,進(jìn)口產(chǎn)品;順丁橡膠(BR),牌號(hào)9000,中國(guó)石化銷售有限公司廣東茂名石油分公司產(chǎn)品;炭黑N660,卡博特化工有限公司產(chǎn)品;炭黑N375,山西三強(qiáng)新能源科技有限公司產(chǎn)品;補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L,北海高嶺科技有限公司產(chǎn)品;環(huán)保芳烴油,山東天源化工有限公司產(chǎn)品。

    1.2 配方

    (1)氣密層膠。生產(chǎn)配方:NR/BIIR 100,炭黑N660 55,環(huán)保芳烴油 6.5,石油樹脂 5,均勻劑40MSF 9.41,其他 5.88。

    試驗(yàn)配方:炭黑N660用量為45份,加入20份補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L,其余均同生產(chǎn)配方。

    (2)胎側(cè)膠。生產(chǎn)配方:NR/BR 100,炭黑N375 53.6,環(huán)保芳烴油 8,活性劑 5.5,石油樹脂 6.5,防老劑4020 2,防老劑RD 1,微晶蠟 2,其他 2.81。

    試驗(yàn)配方:炭黑N375用量為48.6份,環(huán)保芳烴油用量為9份,加入12份補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L,其余均同生產(chǎn)配方。

    1.3 主要設(shè)備和儀器

    X(S)M-1.5X(0~120)型智能實(shí)驗(yàn)密煉機(jī)和XK-160型開煉機(jī),青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品;GK400型和GK255型密煉機(jī),益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品;MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀,美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;XL-800×800×2型平板硫化機(jī),青島光越橡膠機(jī)械制造有限公司產(chǎn)品;TD-401A型熱老化試驗(yàn)機(jī),江都市騰達(dá)試驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品;GT-TCS-2000型電子拉力機(jī)和GT-505型炭黑分散分析儀,中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

    1.4 混煉工藝

    1.4.1 小配合試驗(yàn)

    氣密層和胎側(cè)膠料均為兩段混煉,一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r·min-1,壓砣壓力為25 MPa,混煉工藝為:生膠、活性劑和防老劑等小料→壓壓砣(80 s)→炭黑(80 s)→提壓砣(80 s)→清掃(80 s)→提壓砣(70 s),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為65 r·min-1→排膠(130~140 ℃)→薄通下片,停放4 h;二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行,加入一段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑,過輥6~8次后薄通6次,混煉均勻后下片。

    1.4.2 大配合試驗(yàn)

    氣密層和胎側(cè)膠料均采用三段混煉工藝。

    氣密層膠:一段和二段混煉均在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行,一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1,加料順序?yàn)椋荷z→炭黑→小料、環(huán)保芳烴油→排膠(170 ℃);二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1,對(duì)一段混煉膠進(jìn)行返煉增塑,160 ℃排膠;三段混煉在GK255型密煉機(jī)中進(jìn)行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1,加入二段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑,混煉均勻,105 ℃排膠。

    胎側(cè)膠:一段和二段混煉均在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行,一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1,加料順序?yàn)椋荷z→炭黑→小料、環(huán)保芳烴油→排膠(170 ℃);二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1,對(duì)一段混煉膠進(jìn)行返煉增塑,160 ℃排膠;三段混煉在GK255型密煉機(jī)中進(jìn)行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1,加入二段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑,混煉均勻,110 ℃排膠。

    1.5 性能測(cè)試

    各項(xiàng)性能均按相應(yīng)的國(guó)家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 理化分析

    補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L的理化分析結(jié)果如表1所示。

    從表1可以看出,補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

    表1 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L的理化分析結(jié)果

    2.2 小配合試驗(yàn)

    2.2.1 氣密層膠

    2.2.1.1 硫化特性

    補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠硫化特性的影響如表2所示。

    表2 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠硫化特性的影響

    從表2可以看出:與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度減小,門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng),F(xiàn)L減小,正硫化時(shí)間和硫化速度相當(dāng);在相同條件下,試驗(yàn)配方膠料的加工安全性和流動(dòng)性優(yōu)于生產(chǎn)配方膠料。

    2.2.1.2 物理性能

    補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠物理性能的影響如表3所示。

    從表3可以看出:與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和回彈值增大,炭黑分散性和氣密性提高,耐熱老化性能和耐臭氧性能變化不大。

    表3 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠物理性能的影響

    2.2.2 胎側(cè)膠

    2.2.2.1 硫化特性

    補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠硫化特性的影響如表4所示。

    從表4可以看出:與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度減小,門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng),F(xiàn)L和Fmax減小,正硫化時(shí)間和硫化速度相當(dāng);在相同條件下,試驗(yàn)配方膠料的加工安全性和交聯(lián)密度與生產(chǎn)配方膠料接近,且流動(dòng)性較好。

    表4 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠硫化特性的影響

    2.2.2.2 物理性能

    補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠物理性能的影響如表5所示。

    從表5可以看出,與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的密度增大,硬度變化不大,拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率增大,撕裂強(qiáng)度減小,炭黑分散性提高,其他性能相當(dāng)

    表5 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠物理性能的影響

    2.3 大配合試驗(yàn)

    2.3.1 氣密層膠

    補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠硫化特性和物理性能的影響如表6所示。

    從表6可以看出,采用補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L部分替代炭黑N660,膠料的大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本保持一致。

    表6 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠硫化特性和物理性能的影響

    2.3.2 胎側(cè)膠

    補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠硫化特性和物理性能的影響如表7所示。

    表7 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠硫化特性和物理性能的影響

    從表7可以看出,采用補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L部分替代炭黑N375,膠料的大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本保持一致。

    2.4 工藝和成品性能

    采用試驗(yàn)配方膠料擠出壓延生產(chǎn)正常,半成品部件擠出、壓延表面光滑平整、尺寸穩(wěn)定、粘性以及氣體含量均滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝要求;成型和硫化工藝正常,試驗(yàn)配方半成品接頭粘性和胎坯挺性良好。

    采用試驗(yàn)配方膠料試制的成品輪胎按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。結(jié)果表明,輪胎運(yùn)行47 h未損壞,符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

    2.5 成本分析

    由于補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L的價(jià)格低廉,其膠料中的含膠率和炭黑用量減小,可以降低生產(chǎn)成本。例如,依據(jù)目前市場(chǎng)材料價(jià)格計(jì)算,當(dāng)添加20份補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)劑BG802L并減少10份炭黑N660時(shí),輪胎氣密層膠成本可降低1.32元·kg-1。

    3 結(jié)論

    (1)在全鋼載重子午線輪胎氣密層膠中采用補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L部分替代炭黑N660,膠料的門尼粘度減小,門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng),氣密性能提高,對(duì)硫化膠耐熱老化性能和耐臭氧性能影響不大。

    (2)在全鋼載重子午線輪胎胎側(cè)膠中采用補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L部分替代炭黑N375,膠料的加工安全性和流動(dòng)性較好,硫化膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率增大,炭黑分散性提高。

    (3)在全鋼載重子午線輪胎配方中添加補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L,可以降低輪胎生產(chǎn)成本,且完全滿足生產(chǎn)工藝及使用性能要求。

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