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      環(huán)保高強(qiáng)力再生膠在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中的應(yīng)用

      2023-12-25 08:33:20崔雪靜邱海強(qiáng)于海洋孫世悅李崇兵
      輪胎工業(yè) 2023年12期
      關(guān)鍵詞:壓壓密煉機(jī)物理性能

      崔雪靜,汪 燕,邱海強(qiáng),于海洋,孫世悅,徐 旗,李崇兵

      [浦林成山(山東)輪胎有限公司,山東 榮成 264300]

      廢舊輪胎再生膠在輪胎配方中的生產(chǎn)應(yīng)用已有多年歷史,由于再生膠的異味、雜質(zhì)、產(chǎn)品穩(wěn)定性及環(huán)保問題,其應(yīng)用一直受到限制。

      近年來,在循環(huán)經(jīng)濟(jì)、碳中和、碳減排大背景下,國家政策推動(dòng)了再生膠企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型,通過技術(shù)創(chuàng)新,大力發(fā)展環(huán)保型再生膠,再生膠生產(chǎn)過程更加環(huán)保清潔,產(chǎn)品質(zhì)量得到提升,化學(xué)成分指標(biāo)符合歐美等發(fā)達(dá)國家相關(guān)法規(guī)要求[1-4]。環(huán)保高強(qiáng)力再生膠的使用為企業(yè)和社會(huì)都帶來了一定的效益,其應(yīng)用在輪胎行業(yè)內(nèi)掀起了一輪新高潮[5-8]。

      本工作研究環(huán)保高強(qiáng)力再生膠在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中的應(yīng)用。

      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;丁苯橡膠(SBR)1502、炭黑N330、炭黑N375、補(bǔ)強(qiáng)樹脂205和環(huán)保高強(qiáng)力再生膠,國內(nèi)廠家產(chǎn)品。

      1.2 配方

      生產(chǎn)配方(用量/份):NR和SBR 100,炭黑N330和N375 65,操作油 8,活性劑 6,補(bǔ)強(qiáng)樹脂 10,不溶性硫黃 4.5,促進(jìn)劑 2.1,其他3.2。

      試驗(yàn)配方1#—3#中分別加入5,10,15份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠,其余組分及用量同生產(chǎn)配方。

      1.3 主要設(shè)備和儀器

      X(S)M-1.5×(10-118)型密煉機(jī)和XK-160S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GK270型密煉機(jī),益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品;V502H-18X型平板硫化機(jī),美國WASBASHMPI公司產(chǎn)品;MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型硫化儀,美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;Instron 3365型拉力試驗(yàn)機(jī),英斯特朗(上海)試驗(yàn)設(shè)備貿(mào)易有限公司產(chǎn)品;VR-7130型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)儀,日本株式會(huì)社上島制作所產(chǎn)品。

      1.4 混煉工藝

      小配合試驗(yàn)采用2段混煉工藝。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行,二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行。

      一段混煉工藝為:NR、SBR和環(huán)保高強(qiáng)力再生膠(壓砣壓力為0.5 MPa,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r·min-1)→壓壓砣(15 s)→炭黑、補(bǔ)強(qiáng)樹脂、活性劑和操作油等(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1)→壓壓砣(30 s)→提壓砣→壓壓砣(20 s)→提壓砣→壓壓砣→160 ℃排膠。

      二段混煉工藝為:一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→左右割刀各3次,薄通6次→4 mm輥距下片,停放待用。

      大配合試驗(yàn)混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行,二段混煉在GK270型密煉機(jī)中進(jìn)行。

      一段混煉工藝為:NR、SBR、環(huán)保高強(qiáng)力再生膠、炭黑、補(bǔ)強(qiáng)樹脂、活性劑等(壓砣壓力為0.4 MPa,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1)→壓壓砣(20 s)→操作油(轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為30 r·min-1)→壓壓砣(15 s)→提壓砣→壓壓砣→165 ℃排膠。

      二段混煉工藝為:一段混煉膠、不溶性硫黃、促進(jìn)劑等(壓砣壓力為0.35 MPa,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1)→壓壓砣(25 s)→提壓砣(5 s)→壓壓砣(20 s)→提壓砣(5 s)→壓壓砣→100 ℃排膠。

      1.5 性能測試

      膠料的各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 理化性能

      環(huán)保高強(qiáng)力再生膠的理化性能見表1。

      從表1可以看出,環(huán)保高強(qiáng)力再生膠的各項(xiàng)理化性能均達(dá)到指標(biāo)要求。

      2.2 小配合試驗(yàn)

      小配合試驗(yàn)結(jié)果見表2。

      表2 小配合試驗(yàn)結(jié)果

      從表2可以看出:與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的焦燒時(shí)間、硫化速度和回彈值基本無變化;1#和2#試驗(yàn)配方膠料的整體性能相差不大;3#試驗(yàn)配方中高強(qiáng)力再生膠用量較大,膠料的Fmax—FL、硬度和定伸應(yīng)力較小,這可能與環(huán)保高強(qiáng)力再生膠消耗了部分硫化劑有關(guān)。

      2.3 大配合試驗(yàn)

      綜合考慮小配合試驗(yàn)結(jié)果,選擇2#試驗(yàn)配方進(jìn)行大配合試驗(yàn)。

      2.3.1 環(huán)保性能

      根據(jù)歐盟2005/69/EC指令,輪胎中多環(huán)芳烴產(chǎn)生的灣區(qū)氫(HBay)質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不大于0.35%[9-10]。對(duì)高強(qiáng)力再生膠和2#試驗(yàn)配方硫化膠分別進(jìn)行核磁共振測試,HBay質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.23%和0.21%,均符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求。

      2.3.2 硫化特性

      大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性見表3。

      表3 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

      從表3可以看出,與生產(chǎn)配方膠料相比,2#試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度、焦燒時(shí)間和交聯(lián)密度相當(dāng),表明加入10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠對(duì)膠料的硫化特性幾乎無影響。

      2.3.3 物理性能

      大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能見表4。

      表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能

      從表4可以看出,與生產(chǎn)配方膠料相比,2#試驗(yàn)配方膠料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率分別增大約10%和22%,硬度、100%定伸應(yīng)力和回彈值相當(dāng),表明加入10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠對(duì)膠料的物理性能無明顯影響。

      2.3.4 動(dòng)態(tài)性能

      大配合試驗(yàn)?zāi)z料的動(dòng)態(tài)性能見表5。

      表5 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的動(dòng)態(tài)性能

      從表5可以看出,加入10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠對(duì)膠料的動(dòng)態(tài)性能無明顯影響。

      2.3.5 擠出性能

      大配合試驗(yàn)硬三角膠的擠出外觀如圖1所示。

      圖1 大配合試驗(yàn)硬三角膠的擠出外觀

      從圖1可以看出,生產(chǎn)配方硬三角膠擠出表面光滑,2#試驗(yàn)配方硬三角膠擠出表面略顯粗糙,有肉眼可見小膠粒,這與環(huán)保高強(qiáng)力再生膠中含有少量未脫硫的膠粒有關(guān)。兩種配方半部件的粘合性能相當(dāng),成型無異常。

      2.3.6 成品輪胎性能

      分別采用生產(chǎn)配方和2#試驗(yàn)配方膠料試制185R15LT 103/102R 8PR輪胎,并對(duì)成品輪胎的高速性能和老化前后耐久性能進(jìn)行測試,結(jié)果如表6所示。

      表6 成品輪胎性能

      從表6可以看出,在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中添加10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠,對(duì)成品輪胎的高速性能和耐久性能均無明顯影響。

      2.4 成本分析

      高強(qiáng)力再生膠作為一種可循環(huán)材料,應(yīng)用于輪胎中不僅可以降低輪胎的碳排放,且價(jià)格低廉。在硬三角膠配方中添加10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠后,膠料成本降低約0.25元·kg-1,可降低輪胎的生產(chǎn)成本,具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

      3 結(jié)論

      在輕型載重子午線輪胎硬三角膠配方中添加10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠,對(duì)膠料的硫化特性和物理性能無明顯影響;膠料中HBay含量符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求,成品輪胎的高速性能和老化前后耐久性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求;膠料成本降低約0.25元·kg-1,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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