防護(hù)蠟和微晶蠟對(duì)工程輪胎胎冠膠臭氧老化性能的影響

徐云慧，姚佳瑩，王維齊，陳玉峰，鄭紅慶，胡肖

（1.徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料工程技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州221140；2.徐州徐輪橡膠有限公司，江蘇 徐州221005）

對(duì)于橡膠的老化，臭氧是一個(gè)很重要的因素.臭氧比氧更活潑，對(duì)橡膠尤其是不飽和橡膠的侵襲比氧嚴(yán)重得多.橡膠的臭氧老化只在臭氧所接觸的表面進(jìn)行，臭氧老化過(guò)程是由表及里的過(guò)程.臭氧老化先是在表面層，特別容易在應(yīng)力集中或配合粒子與橡膠的界面處產(chǎn)生.通常先生成薄膜，然后薄膜龜裂，特別是在動(dòng)態(tài)條件下使用時(shí)，薄膜更易不斷斷裂而露出新的表面，使臭氧老化不斷向縱深發(fā)展，直到完全破壞［1］.

1 工程輪胎胎冠膠性能要求

工程輪胎是安裝在工程車(chē)輛上的重要部件.工程輪胎胎面胎冠膠是輪胎最外面的一層橡膠層，是輪胎與地面及外界的接觸部位，是輪胎的保護(hù)層，起到保護(hù)骨架層免受路面磨損、機(jī)械損傷、外界老化和腐蝕等作用.因此，要求胎面具有優(yōu)異的耐磨性、耐切割性和耐老化性等，尤其是耐臭氧老化性能［2］.工程輪胎胎面龜裂情況如圖1所示.

圖1 工程輪胎胎冠膠臭氧老化龜裂情況Fig.1 Ozone aging and fracturing situation of crown compound of OTR tire

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)原材料

進(jìn)口3＃－1煙片膠，云南農(nóng)墾公司產(chǎn)品；SBR1500，中國(guó)石化北京燕山分公司產(chǎn)品；氧化鋅、均勻分散劑MS、硫黃、微晶蠟均為上海智孚有限公司產(chǎn)品；硬脂酸、防護(hù)蠟、濕法炭黑N220、白炭黑均為中國(guó)石化南京化工廠產(chǎn)品；防老劑4020，河南濮陽(yáng)市光譜石化有限公司產(chǎn)品；防老劑RD、芳烴油、松焦油、促進(jìn)劑NOBS，蘭州市化學(xué)工業(yè)公司產(chǎn)品.

2.2 試驗(yàn)設(shè)備儀器及配方

試驗(yàn)主要設(shè)備儀器見(jiàn)表1［3］.試驗(yàn)配方見(jiàn)表2.

表1 試驗(yàn)儀器設(shè)備及生產(chǎn)廠家Tab.1 Experimental apparatus and manufacturers

表2 試驗(yàn)配方Tab.2 Experiment formula

2.3 試驗(yàn)工藝

2.3.1 塑煉工藝 試驗(yàn)采用薄通塑煉法，在輥距1 mm下，讓膠料通過(guò)輥距后不包輥而直接落盤(pán)，然后將其扭轉(zhuǎn)90°再次翻煉，反復(fù)8次，即可達(dá)到塑煉要求［4］.

2.3.2 混煉工藝 采用在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行二段混煉，先煉制除防護(hù)蠟、硫黃、促進(jìn)劑之外的母煉膠，進(jìn)行8～10次翻煉、打卷，存放16 h后，再進(jìn)行二段混煉，薄通8～10次，備用.

2.3.3 硫化工藝 硫化溫度為150℃，硫化壓力為15 MPa，硫化時(shí)間按各配方工藝正硫化時(shí)間推算執(zhí)行.

2.3.4 性能測(cè)試 實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行工程輪胎胎冠上層膠的基本性能、磨耗性能、力學(xué)性能和老化性能的測(cè)試，全部執(zhí)行 GB／T國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)［3］.

3 結(jié)果與討論

3.1 未硫化膠塑性測(cè)試

未硫化膠的塑性通過(guò)無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀進(jìn)行測(cè)試，門(mén)尼粘度值見(jiàn)表3.通過(guò)分析：改變物理防護(hù)體系對(duì)膠料的門(mén)尼粘度影響不大，說(shuō)明6組膠料的流動(dòng)性變化不大［5］.

表3 門(mén)尼粘度值Tab.3 Mooney viscosity value

3.2 硫化特性測(cè)試

各配方膠料硫化特性值變化趨勢(shì)見(jiàn)表4.

表4 硫化特性值Tab.4 Cure characteristic value

通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以分析，6組配方膠料的硫化特性相近，說(shuō)明物理防護(hù)體系對(duì)膠料的硫化特性影響較小.

3.3 基本性能測(cè)試

硫化膠基本性能測(cè)試包括硬度的測(cè)試、密度的測(cè)試、沖擊彈性的測(cè)試.測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5.

表5 基本性能Tab.5 Basic performance

通過(guò)對(duì)表5分析，各配方硬度、膠料密度、沖擊彈性變化不大，能滿(mǎn)足工程輪胎基本性能的要求.

3.4 磨耗性能測(cè)試

1～6＃配方阿克隆磨耗分別為0.26、0.23、0.25、0.19、0.24、0.20 c m3.6組配方的磨耗量均在0.19 c m3和0.23 c m3之間，滿(mǎn)足了磨耗量不超過(guò)0.35 c m3的要求.

3.5 力學(xué)性能測(cè)試

橡膠力學(xué)性能測(cè)試包括拉伸和撕裂性能測(cè)試［6］，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6.

表6 力學(xué)性能Tab.6 Mechanical performance

3.5.1 拉伸性能測(cè)試 膠料的拉伸性能測(cè)試包括拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、300%定伸應(yīng)力的測(cè)試.通過(guò)表6分析如下：

1）6組膠料拉伸強(qiáng)度雖有所變化，但均能滿(mǎn)足≥18.5 MPa的要求；1＃配方的拉伸強(qiáng)度最低，但也比標(biāo)準(zhǔn)高.

2）扯斷伸長(zhǎng)率、300%定伸應(yīng)力性能均能滿(mǎn)足使用要求.

3.5.2 撕裂性能測(cè)試 撕裂強(qiáng)度具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表6，從表中可看出6組配方撕裂強(qiáng)度均能滿(mǎn)足工程輪胎胎冠膠使用要求，2＃配方的撕裂強(qiáng)度最低，但也比標(biāo)準(zhǔn)高.

3.6 老化性能測(cè)試

3.6.1 熱氧老化性能測(cè)試 將6組試樣放在老化箱內(nèi)，在100℃、72 h條件下進(jìn)行熱氧老化，然后進(jìn)行硬度和拉伸性能測(cè)試.

1）硬度的測(cè)試.1～6＃配方的硬度值分別為79、79、77、78、79、78.可以看出，老化后硬度和硬度變化均能滿(mǎn)足老化后性能要求，且均比老化前有所提高.

2）力學(xué)性能的測(cè)試.老化后力學(xué)性能測(cè)試了拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、300%定伸應(yīng)力等性能，主要數(shù)據(jù)見(jiàn)表7.

表7 老化后拉伸性能Tab.7 Tensile pr operty after aging

通過(guò)表7可以看出：老化后硬度變大，老化后拉伸性能、扯斷伸長(zhǎng)率均下降，但下降后均能滿(mǎn)足老化后力學(xué)性能要求，300%定伸應(yīng)力有所升高，均能滿(mǎn)足老化后力學(xué)性能要求，說(shuō)明6組配方的膠料中使用的臭氧老化物理防護(hù)體系均能對(duì)熱氧老化起到很好的防護(hù)效果.

3.6.2 臭氧老化性能測(cè)試 1）臭氧實(shí)驗(yàn)條件.臭氧老化具體實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)表8［7］.

表8 臭氧老化條件Tab.8 Ozone aging condition

2）臭氧老化性能測(cè)試.6組膠料臭氧老化開(kāi)始出現(xiàn)裂口時(shí)間和裂口現(xiàn)象見(jiàn)表9.

表9 臭氧老化情況Tab.9 Ozone aging situation

3）臭氧老化裂口情況.以無(wú)裂口試樣圖、有裂口試樣圖為例展示臭氧老化試樣裂口情況如圖2所示.

圖2 臭氧老化裂口Fig.2 Ozone aging gaps

通過(guò)對(duì)6組膠料的臭氧老化情況進(jìn)行分析可以看出：物理防護(hù)劑，采用防護(hù)蠟的情況，配方1耐臭氧老化防護(hù)效果比較好，配方2耐臭氧老化防護(hù)效果較差，配方3耐臭氧老化防護(hù)效果最差.采用微晶蠟的情況，配方5微晶蠟為1.5份，相對(duì)于1份、2份的裂口多些，配方4在38 h出現(xiàn)裂口的現(xiàn)象，而配方6在48 h內(nèi)無(wú)變化.

4 結(jié)論

通過(guò)試驗(yàn)可以得出：1）6組配方均能滿(mǎn)足基本性能、拉伸性能、撕裂性能及熱氧老化性能要求.2）在不改變化學(xué)防護(hù)劑情況下，改變物理防護(hù)劑的種類(lèi)及用量，對(duì)工程輪胎胎冠膠有臭耐氧老化防護(hù)效果，在拉伸40%狀態(tài)下及隨著臭氧時(shí)間的增加，均不同程度出現(xiàn)了裂口.3）采用防護(hù)蠟作物理防護(hù)劑，配方1耐臭氧老化防護(hù)效果比較好，但不能滿(mǎn)足工程輪胎上層膠耐臭氧老化要求；采用微晶蠟作物理防護(hù)劑，配方6防護(hù)效果最好，能滿(mǎn)足工程輪胎上層膠耐臭氧老化要求.總體來(lái)看防護(hù)蠟的防護(hù)效果比微晶蠟的效果差，采用防護(hù)蠟防護(hù)不能滿(mǎn)足工程輪胎臭氧老化性能要求.采用微晶蠟對(duì)臭氧的防護(hù)效果較好，2.0份的微晶蠟對(duì)臭氧的防護(hù)效果最好，能滿(mǎn)足防臭氧老化性能.故配方6為最優(yōu)配方.

［1］王思靜，熊金平，左禹.橡膠老化特征及防護(hù)技術(shù)研究進(jìn)展［J］.合成材料老化與應(yīng)用，2009，38（3）：41－46.

［2］徐云慧，鄒一明.橡膠制品工藝［M］.2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009（11）－20.

［3］翁國(guó)文，聶恒凱.橡膠物理機(jī)械性能測(cè)試［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［4］翁國(guó)文.配合與塑混煉操作技術(shù)［M］.徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008.

［5］徐云慧，劉巖，薩支青，等.防護(hù)體系對(duì) NR／BR／SBR并用膠性能的影響［J］.橡膠科技市場(chǎng)，2009（13）：19－20.

［6］李代強(qiáng)，馮萍.提高全鋼工程機(jī)械子午線輪胎胎側(cè)膠和胎圈外護(hù)膠耐臭氧老化性能的研究［J］.橡膠科技市場(chǎng)，2009（11）：25－36.

［7］中國(guó)人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T 7762—2003硫化橡膠或熱塑性橡膠耐臭氧龜裂靜態(tài)拉伸試驗(yàn)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.