新型加工助劑HPP在半鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

杜孟成

（山東陽谷華泰化工股份有限公司，山東 陽谷 2 523001）

綠色輪胎具有抓著力大、抗?jié)窕阅芎?、滾動阻力低及耐磨性能優(yōu)的特點(diǎn)，其胎面膠一般采用白炭黑/炭黑作補(bǔ)強(qiáng)材料。但白炭黑的分散性差，且膠料的擠出和模壓困難，因此，研究開發(fā)相應(yīng)的加工助劑十分必要。

加工助劑HPP是用特定碳鏈分布的脂肪酸和高純度氧化鋅制備而成的，是飽和與不飽和脂肪酸鋅皂混合物。在橡膠加工過程中，加工助劑HPP通過包封斷裂產(chǎn)生的自由基或橡膠分子的極性鏈端或改變橡膠分子側(cè)鏈鏈端的極性，降低橡膠相對分子質(zhì)量，提高橡膠分子鏈的運(yùn)動能力，改善膠料流動性，提高膠料的抗硫化返原性能和耐熱性能[1]。研究[2-3]顯示，在固定剪切場的混合體系中，硅烷偶聯(lián)劑只能部分改性白炭黑，而添加少量分散劑，在適當(dāng)?shù)幕鞜捁に嚄l件下，鋅皂類加工助劑與硅烷偶聯(lián)劑在白炭黑胎面膠中具有協(xié)同作用，可提高白炭黑和炭黑在膠料中的分散性，同時改善膠料的擠出致密性以及半成品的尺寸穩(wěn)定性等。

本工作主要研究加工助劑HPP在半鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

新型加工助劑HPP和防護(hù)蠟H3841，山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品；SSBR（牌號HP355）和BR（牌號9000），中國石化齊魯石化橡膠廠產(chǎn)品；氧化鋅（純度99.7%），美鋅（常熟）金屬有限公司產(chǎn)品；白炭黑175GR，壽光市寶特化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N110，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：SSBR，80；BR，20；白炭黑175GR，47；炭黑N110，16；偶聯(lián)劑NXT，5.8；硬脂酸，0.8；氧化鋅，2.3；防老劑4020，1.6；防老劑RD，0.9；防護(hù)蠟H3841，0.8；硫黃，1.2；促進(jìn)劑CZ，1.3；促進(jìn)劑DPT，1.6；其他，2.3。

試驗配方：除加入2.3份加工助劑HPP外，其余組分同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備與儀器

BR密煉機(jī)，德國法雷爾公司產(chǎn)品；GK400N型和GK255N型密煉機(jī)，德國克虜伯公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；MV型門尼粘度計和MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；140 t平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；UT-2060型電子拉力試驗機(jī)和GT-RH2000型壓縮生熱試驗機(jī)，臺灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；MH-74型阿克隆磨耗試驗機(jī)，上海非金屬試驗機(jī)廠產(chǎn)品；Y401A型熱老化試驗箱，江都市天源試驗機(jī)械有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗?zāi)z料混煉分3段進(jìn)行。一段混煉在BR密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝：生膠→炭黑、1/2白炭黑、1/2硅烷偶聯(lián)劑、氧化鋅、硬脂酸和加工助劑HPP→剩余1/2白炭黑、剩余1/2硅烷偶聯(lián)劑、防老劑和防護(hù)蠟→清掃→壓砣→混煉→排膠（溫度低于130 ℃），室溫下停放24 h。二段混煉仍在BR密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝：一段混煉膠→混煉→排膠（溫度低于130 ℃），室溫下停放24 h。三段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝：二段混煉膠→促進(jìn)劑和硫黃→下片（溫度低于110 ℃）。

大配合試驗?zāi)z料混煉分3段進(jìn)行。一段混煉和二段混煉在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行，三段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速40 r·min-1，壓砣壓力18 MPa，混煉工藝為：生膠→氧化鋅、硬脂酸、1/2白炭黑、1/2硅烷偶聯(lián)劑和加工助劑HPP→提砣→壓砣→剩余1/2白炭黑、剩余1/2硅烷偶聯(lián)劑→提砣→壓砣→排膠（溫度低于145 ℃），停放24 h。二段混煉：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速45 r·min-1，壓砣壓力18 MPa，混煉工藝：一段混煉膠→防老劑、防護(hù)蠟等→提砣→壓砣→排膠（溫度低于145 ℃），停放24 h。三段混煉：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速25 r·min-1，壓砣壓力18 MPa，混煉工藝：二段混煉膠→促進(jìn)劑和硫黃→提砣→壓砣→排膠（溫度低于110 ℃）。

1.5 性能測試

膠料物理性能和成品輪胎性能測試均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。胎面擠出溫度采用點(diǎn)溫度計隨機(jī)測量，胎面厚度采用游標(biāo)卡尺測量。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

加工助劑HPP的理化性能如表1所示。從表1可以看出，加工助劑HPP的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 加工助劑HPP的理化性能

2.2 小配合試驗

加工助劑HPP可溶于橡膠中，類似于軟化劑，能使橡膠溶脹，減小橡膠大分子內(nèi)聚力，兼具內(nèi)外潤滑和分散功能。小配合試驗?zāi)z料性能如表2所示。從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的流變儀試驗擠出量和擠出速度大幅提高，門尼粘度減小，焦燒時間和正硫化時間延長，說明加工助劑HPP能顯著改善膠料的加工工藝性能和安全性能；撕裂強(qiáng)度提高，阿克隆磨耗量減小，生熱下降，其它性能相差不大。

表2 小配合試驗?zāi)z料性能

續(xù)表2

2.3 大配合試驗

膠料大配合試驗結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本一致。

表3 大配合試驗?zāi)z料性能

2.4 擠出工藝性能

用試驗配方試制185/60R14 82H半鋼子午線輪胎，胎面擠出工藝性能如表4所示。從表4可以看出，與生產(chǎn)配方胎面相比，試驗配方胎面擠出能耗低，斷面氣孔少，致密性顯著提高，說明加工助劑HPP能夠改善胎面擠出工藝性能。

表4 胎面擠出工藝性能

2.5 成品輪胎耐久性能

試制的185/60R14 82H半鋼子午線輪胎耐久性能如表5所示。從表5可以看出，試驗輪胎的耐久性能優(yōu)于生產(chǎn)輪胎。分析原因，在膠料中添加加工助劑HPP，改善了白炭黑和炭黑在膠料中的分散性，膠料生熱降低，輪胎耐久性能提高。

表5 成品輪胎耐久性能

3 結(jié)論

在半鋼子午線輪胎胎面膠中添加加工助劑HPP，膠料的加工工藝性能和加工安全性能顯著改善，撕裂強(qiáng)度增大，磨耗量減小，生熱降低，成品輪胎的耐久性能提高。