不溶性硫黃Crystex Cure Pro在全鋼子午線輪胎中的應(yīng)用

袁亞東，張進(jìn)生，宋婷婷，高緒風(fēng)

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國家對(duì)環(huán)境保護(hù)的要求越來越高[1]，企業(yè)所肩負(fù)的環(huán)保壓力與日俱增，勞動(dòng)密集型的輪胎產(chǎn)業(yè)也面臨著相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)以及主機(jī)配套廠家的壓力，高性能綠色輪胎的開發(fā)變得尤為重要。從廣義來看，綠色輪胎不僅要求低滾動(dòng)阻力、低油耗，生產(chǎn)過程的低能耗和生產(chǎn)效率的提高也是綠色輪胎重要的指標(biāo)[2-5]。

硫黃是輪胎制造過程中關(guān)鍵的原材料之一，由于輪胎各部位硫黃用量需求不同，當(dāng)某些部件配方中硫黃用量過大時(shí)，隨著環(huán)境溫度的變化，部分硫黃會(huì)以結(jié)晶形式在部件表面析出，造成噴霜現(xiàn)象[6-7]。噴霜對(duì)于膠料的粘合性能影響極大，特別是對(duì)胎體和帶束層膠的粘合體系有致命的危害，而使用不溶性硫黃是應(yīng)對(duì)膠料噴霜的一個(gè)有效方法[8-9]。

不溶性硫黃是將硫黃粉加熱至沸騰（444.6 ℃）后傾于冷水中急冷而制得，也可將過熱硫黃蒸氣用惰性氣體稀釋后噴在冷水霧中冷卻至90 ℃以下制得，或?qū)⒘螯S塊溶于氨中立即噴霧干燥而制得。因其大部分（65%～95%）不溶于二硫化碳，故稱為不溶性硫黃。不溶性硫黃在膠料中不易發(fā)生早期硫化和噴硫現(xiàn)象，無損于膠料的粘合性能，從而可剔除涂漿工藝，節(jié)省汽油，保持清潔環(huán)境。在硫化溫度下，不溶性硫黃轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄粤螯S以發(fā)揮其對(duì)橡膠的硫化作用，是目前公認(rèn)最好的硫化劑，被廣泛應(yīng)用于全鋼子午線輪胎中。

目前行業(yè)內(nèi)使用較廣泛的不溶性硫黃為充油量為20%的不溶性硫黃HDOT20（簡稱HDOT20）。近年來，伊士曼化學(xué)公司開發(fā)了不溶性硫黃新產(chǎn)品Crystex Cure Pro（簡稱Cure Pro），其充油量為10%，提高了硫含量，使用時(shí)可以降低不溶性硫黃用量。本工作研究Cure Pro在全鋼子午線輪胎生產(chǎn)過程中應(yīng)用時(shí)，其與傳統(tǒng)產(chǎn)品HDOT20的差異。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑N375，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；白炭黑，山東聯(lián)科功能材料有限公司產(chǎn)品；HDOT20和Cure Pro，伊士曼化學(xué)公司產(chǎn)品；間苯二酚-甲醛樹脂SL3020，華奇（中國）化工有限公司產(chǎn)品；癸酸鈷CD20.5，韓國泰光精密化學(xué)株式會(huì)社產(chǎn)品。

1.2 基本配方

NR 100，炭黑N375 45，白炭黑 15，間苯二酚-甲醛樹脂 1.5，不溶性硫黃 5，促進(jìn)劑TBBS 1，癸酸鈷 1。

1.3 主要設(shè)備和儀器

1.5 L BB-1600IM型密煉機(jī)，日本株式會(huì)社神戶制鋼所產(chǎn)品；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；GK400N型密煉機(jī)，德國KRUPP公司產(chǎn)品；BL-6175-AL型開煉機(jī)，東莞市寶輪精密檢測儀器有限公司產(chǎn)品；XLB-D 500×500×2型平板硫化機(jī)，湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；PREMIER MV型門尼粘度儀和PREMIER MDR型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；5965型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，美國Instron公司產(chǎn)品；WAH17A型邵氏A型硬度計(jì)，美國Wallace儀器有限公司產(chǎn)品；Digi test II型高低溫回彈試驗(yàn)機(jī)，德國博銳儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料采用兩段混煉工藝。一段混煉在1.5 L BB-1600IM型密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為70～80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料→壓壓砣（40 s）→炭黑（60 s）→提壓砣、壓壓砣（60 s）→排膠（155 ℃）。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠、不溶性硫黃、促進(jìn)劑→薄通→混煉均勻后下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料采用三段混煉工藝。一段和二段混煉均在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉密煉室初始溫度為80～90 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為38 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料、炭黑→壓壓砣（45 s）→提壓砣、壓壓砣（30 s）→提壓砣、壓壓砣（120 s）→排膠（150～155 ℃）。二段混煉密煉室初始溫度為80～90 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為29 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠、炭黑、小料→壓壓砣（40 s）→提壓砣、壓壓砣（90 s）→提壓砣、壓壓砣（120 s）→排膠（145～150 ℃）。三段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：二段混煉膠、不溶性硫黃、促進(jìn)劑→壓壓砣（35 s）→提壓砣、壓壓砣（40 s）→提壓砣、壓壓砣（60 s）→排膠（98～108 ℃）。

1.5 性能測試

各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 不溶性硫黃理化性能

Cure Pro和HDOT20的理化性能對(duì)比如表1所示。

表1 Cure Pro和HDOT20的理化性能對(duì)比

2.2 小配合試驗(yàn)

采用Cure Pro減量替代在用的HDOT20（以保證配方中有效硫含量相同）進(jìn)行小配合試驗(yàn)，對(duì)膠料性能進(jìn)行對(duì)比。小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性和物理性能分別如表2和3所示。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

從表2可以看出，與使用HDOT20的膠料對(duì)比，使用Cure Pro的膠料ts2和t5稍長，生產(chǎn)安全性較好，其余硫化特性參數(shù)無明顯差別。

從表3可以看出，兩種膠料老化前后的性能無明顯差別，使用Cure Pro的膠料粘合力較大。

表3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能

在小配合試驗(yàn)?zāi)z料二段混煉時(shí)，使用Cure Pro膠料的吃粉速度稍快于使用HDOT20的膠料。

2.3 大配合試驗(yàn)

為驗(yàn)證小配合試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)使用HDOT20和Cure Pro的大配合試驗(yàn)?zāi)z料進(jìn)行性能對(duì)比，其硫化特性和物理性能分別如表4和5所示。

從表4和5可以看出，與使用HDOT20的膠料相比，使用Cure Pro的膠料ts2和t5稍長，生產(chǎn)安全性較優(yōu)，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度稍有提升，老化前后的粘合力均較大，其余各項(xiàng)性能基本相當(dāng)，大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

表5 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能

在大配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉過程中，使用Cure Pro的膠料終煉排膠溫度較使用HDOT20的膠料升高3～5 ℃，其主要原因?yàn)镃ure Pro的充油量較少，對(duì)膠料的生熱有一定的影響。

與使用HDOT20的膠料相比，使用Cure Pro的膠料噴霜減少（見圖1），膠料粘合性能較好。

3 結(jié)論

（1）Cure Pro具有高分散性、高含量、高熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在全鋼子午線輪胎粘合膠配方中應(yīng)用可以減少噴霜，同時(shí)提高膠料的粘合性能。

（2）Cure Pro的硫含量比傳統(tǒng)的HDOT20大10%，在確保配方中有效硫含量相同時(shí)，使用Cure Pro可以減小用量，性價(jià)比更高，并且其在混煉過程中吃粉快，可以提高生產(chǎn)效率。