新型環(huán)保加強(qiáng)型軟化劑SS-140在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

陳 宏，李艷臣，羅之祥，劉學(xué)民，劉 東，吳中華

[1.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，北京 100143；2.中國(guó)化工橡膠有限公司，北京 100080；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東），山東 東營(yíng) 257061；4.廣饒縣康斯唯紳新材料有限公司，山東 廣饒 257000]

近年來，隨著環(huán)保要求提高，高芳烴油因含有致癌性多環(huán)芳烴（PAHs），在出口歐美等國(guó)的輪胎中已經(jīng)被禁止使用[1-3]。高芳烴油的替代產(chǎn)品環(huán)保芳烴油（TDAE）應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過精制處理后的TDAE去除了有毒的PAHs，環(huán)保性能達(dá)到要求，但其與橡膠的相容性下降，部分硫化膠性能有所降低。為此，廣饒縣康斯唯紳新材料有限公司開發(fā)了環(huán)保加強(qiáng)型軟化劑SS-140（簡(jiǎn)稱軟化劑SS-140）。

軟化劑SS-140的主要成分是環(huán)保型高軟化點(diǎn)氧化瀝青，是輪胎及橡膠制品的溶劑型軟化劑。高軟化點(diǎn)氧化瀝青由于相對(duì)分子質(zhì)量大、粘度高，與橡膠的相容性好，不易遷出，能夠提高膠料粘性、擠出性能以及半成品挺性。軟化劑SS-140不僅保持了高軟化點(diǎn)氧化瀝青的加工性能優(yōu)勢(shì)，而且通過了德國(guó)BIU實(shí)驗(yàn)室的環(huán)保性能檢測(cè)，可作為TDAE的良好替代品。另外，軟化劑SS-140軟化點(diǎn)高，劑型為顆粒，投料不需要使用管道輸送系統(tǒng)，可與其他橡膠助劑一起直接加入密煉機(jī)，使用方便。

本工作研究軟化劑SS-140在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號(hào)SCR5，云南農(nóng)墾集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；軟化劑SS-140，廣饒縣康斯唯紳新材料有限公司產(chǎn)品；TDAE，牌號(hào)V500，德國(guó)漢圣公司產(chǎn)品。

1.2 配方

NR，100；白炭黑，15；炭黑，40；硫黃，2；促進(jìn)劑，1.4；軟化劑（變品種），6；其它，15.5；合計(jì)：179.9。

1.3 主要設(shè)備與儀器

1.57 L本伯里型密煉機(jī)，英國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；M200E型門尼粘度試驗(yàn)儀和C2000E型無轉(zhuǎn)子硫化儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；5567型高低溫材料試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；RCC-Ⅰ型橡膠動(dòng)態(tài)切割試驗(yàn)機(jī)，北京萬匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

膠料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度80 ℃；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速80 r·min-1?；鞜捁に嚍椋荷z小料炭黑和軟化劑清掃排膠（溫度≤170 ℃）。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行。加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→促進(jìn)劑和硫黃→薄通6次→下片。

1.5 性能測(cè)試

膠料性能按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 軟化劑SS-140的理化性能

軟化劑SS-140的理化性能見表1。從表1可以看出，軟化劑SS-140的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 軟化劑SS-140的理化性能

2.2 軟化劑SS-140的環(huán)保性能

將軟化劑SS-140送至德國(guó)BIU實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行環(huán)保性能檢測(cè)，結(jié)果見表2。從表2可以看出，軟化劑SS-140中苯并（a）芘（BaP）含量和8種關(guān)鍵PAHs含量符合歐盟2005/69/EC指令對(duì)輪胎用軟化劑的要求。

表2 軟化劑SS-140的環(huán)保性能

2.3 混煉膠性能

混煉膠性能見表3。從表3可以看出，添加軟化劑SS-140的膠料門尼粘度和門尼松弛面積略大于添加TDAE的膠料，這有利于提高輪胎胎面膠的粘性和半成品挺性；在膠料中添加軟化劑SS-140可延長(zhǎng)膠料的門尼焦燒時(shí)間；添加軟化劑SS-140的膠料MH大于添加TDAE的膠料，但硫化速度稍慢，這是由于軟化劑SS-140中含有較多PAHs，能夠與硫化劑發(fā)生反應(yīng)，消耗一定的硫化劑，有延遲硫化的作用，軟化劑SS-140實(shí)際應(yīng)用時(shí)可相應(yīng)調(diào)整膠料的硫化體系。

表3 混煉膠性能

2.4 硫化膠性能

2.4.1 物理性能

硫化膠物理性能見表4。從表4可以看出：與添加TDAE的硫化膠相比，添加軟化劑SS-140的硫化膠硬度略高，定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率基本相當(dāng)，撕裂強(qiáng)度較大，耐老化性能相近?？梢娞砑榆浕瘎㏒S-140的硫化膠具有較好的物理性能，能夠滿足輪胎胎面膠物理性能要求。

表4 硫化膠物理性能

2.4.2 耐磨性能和抗切割性能胎面膠的耐磨性能和抗切割性能對(duì)載重子午線輪胎的使用壽命有重要影響。硫化膠耐磨性能和抗切割性能見圖1和2。從圖1可以看出，添加軟化劑SS-140的硫化膠耐磨性能與添加TDAE的硫化膠相當(dāng)。從圖2可以看出，添加軟化劑SS-140的硫化膠的抗切割性能顯著優(yōu)于添加TDAE的硫化膠。

圖1 硫化膠耐磨性能

圖2 硫化膠抗切割性能

2.5 硫化體系優(yōu)化

軟化劑SS-140的主要成分是氧化瀝青。由于瀝青中含有大量PAHs，會(huì)消耗一定量的硫黃，因此需要對(duì)配方中硫化體系進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。優(yōu)化配方硫化膠性能見表5。從表5可以看出，適當(dāng)增大硫黃用量，硫化膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、耐磨性能和撕裂性能均顯著提高，最佳硫黃用量為2.2份。這主要是由于硫黃用量增大，膠料的交聯(lián)密度提高，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)趨于完善，硫化膠性能有效提升。但硫黃用量不宜過大，硫黃用量進(jìn)一步增大，盡管有利于提高硫化膠的拉伸強(qiáng)度，但會(huì)降低硫化膠的抗撕裂性能和耐磨性能。

表5 硫化體系優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）軟化劑SS-140的環(huán)保性能符合歐盟2005/69/EC指令要求，軟化點(diǎn)高，劑型為顆粒。軟化劑SS-140在工業(yè)化生產(chǎn)中使用方便。

（2）在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中加入軟化劑SS-140，膠料的門尼粘度和門尼松弛面積增大，這有利于提高輪胎胎面膠的粘性和半成品挺性。采用適當(dāng)?shù)牧蚧w系，硫化膠具有良好的物理性能，尤其具有優(yōu)異的抗撕裂性能和抗切割性能。

（3）軟化劑SS-140完全可以替代TDAE用于全鋼載重子午線輪胎胎面膠。