環(huán)烷油在半鋼子午線輪胎胎側(cè)膠中的應(yīng)用

張繼偉，李小光，劉義旗，宋曉麗

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

隨著歐盟對(duì)輪胎環(huán)保要求日益嚴(yán)苛，輪胎企業(yè)紛紛采用環(huán)保型軟化劑替代多環(huán)芳烴。目前常見的環(huán)保型軟化劑多為環(huán)保芳烴油（TDAE）和環(huán)烷油。由于環(huán)烷烴極性比鏈烷烴極性大，環(huán)烷油對(duì)強(qiáng)極性的天然橡膠（NR）和丁苯橡膠具有較好的相容性；同時(shí)，環(huán)烷油具有飽和的環(huán)狀碳鏈結(jié)構(gòu)，且環(huán)狀碳鏈上通常連接飽和支鏈，這使得環(huán)烷油既具有芳烴油的性質(zhì)，又不含毒性物質(zhì)[1]，因此應(yīng)用較廣。目前我國市場上的環(huán)烷油多為進(jìn)口產(chǎn)品，本工作研究兩種進(jìn)口環(huán)烷油在半鋼子午線輪胎胎側(cè)膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國石化燕山石化公司產(chǎn)品；炭黑N330，龍星化工股份有限公司產(chǎn)品；重質(zhì)環(huán)烷油，牌號(hào)V700，進(jìn)口產(chǎn)品；環(huán)烷油，牌號(hào)810，進(jìn)口產(chǎn)品。

1.2 配方

配方見表1。

表1 配方 份

1.3 主要設(shè)備與儀器

BR1600型1.57 L密煉機(jī)，美國法雷爾公司產(chǎn)品；GK400和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；Φ160 mm×320 mm開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；140 t平板硫化機(jī)，上海橡膠機(jī)械一廠產(chǎn)品；萬能材料試驗(yàn)機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析（DMA）儀，德國GABO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料分兩段混煉。一段混煉在1.57 L密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠→壓壓砣小料→炭黑→壓壓砣環(huán)烷油→壓壓砣清掃→排膠。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→薄通→下片→停放8 h。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料分3段混煉。一段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠→小料→炭黑→壓壓砣環(huán)烷油→壓壓砣壓壓砣排膠→停放8 h。二段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→壓壓 砣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)為55 r·min-1→硫黃和促進(jìn) 劑→壓壓砣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)為40 r·min-1→排膠，停放8 h。三段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→壓壓砣壓壓砣壓壓砣排膠→停放8 h。

1.5 性能測試

膠料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能采用DMA儀測試，溫度為-60～+80 ℃，升溫速率為3 ℃·min-1，頻率為11 Hz，應(yīng)變?yōu)?.2%。

膠料環(huán)保性能按照ISO 21461：2012《橡膠—硫化橡膠復(fù)合物中油芳香性的測定》進(jìn)行測試，用核磁共振儀（NMR）測定多環(huán)芳烴的灣區(qū)氫。

膠料其他性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

兩種環(huán)烷油的理化性能見表2。表中，PCA為稠環(huán)芳烴，PAHs為多環(huán)芳烴，CA為芳碳率，CN為環(huán)烷碳率，CP為鏈烷碳率。從表2可以看出：重質(zhì)環(huán)烷油V700的運(yùn)動(dòng)粘度遠(yuǎn)大于環(huán)烷油810，傾點(diǎn)遠(yuǎn)高于環(huán)烷油810，這與其原油的重質(zhì)環(huán)烷基組分較多有關(guān)，因此重質(zhì)環(huán)烷油V700的輸送管道需配備加熱裝置加熱到70 ℃；兩種環(huán)烷油的PCA質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于0.03，8種PAHs含量小于10 mg·kg-1，滿足環(huán)保要求。

從表2還可以看出，與環(huán)烷油810相比，重質(zhì)環(huán)烷油V700苯胺點(diǎn)較高，CA較大，說明其芳烴含量較大，與極性橡膠相容性較好[1]。

表2 兩種環(huán)烷油的理化性能

2.2 小配合試驗(yàn)

2.2.1 膠料性能

小配合試驗(yàn)?zāi)z料性能見表3。從表3可以看出，與添加環(huán)烷油810的2#配方膠料相比，添加重質(zhì)環(huán)烷油V700的1#配方膠料300%定伸應(yīng)力較小，拉斷伸長率略大，其他物理性能以及門尼粘度、硫化特性、耐疲勞性能、耐熱老化性能基本相當(dāng)。

表3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料性能

2.2.2 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

兩種環(huán)烷油膠料溫度與損耗因子（tanδ）的關(guān)系見圖1和表4。從圖1和表4可以看出：兩種環(huán)烷油膠料的tanδ差異非常??；與添加環(huán)烷油810的2#配方膠料相比，添加重質(zhì)環(huán)烷油V700的1#配方膠料的-20～+70 ℃時(shí)的tanδ略小，這可能是由于重質(zhì)環(huán)烷油V700的大分子物質(zhì)較多，有利于減少小分子物質(zhì)在橡膠內(nèi)部滑移帶來的滯后損失，對(duì)降低膠料滾動(dòng)阻力更有利。

圖1 兩種環(huán)烷油膠料的tanδ-溫度曲線

表4 兩種環(huán)烷油膠料在不同溫度下的tanδ

2.3 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)結(jié)果見表5。從表5可以看出：兩種環(huán)烷油膠料的物理性能和耐疲勞性能基本相當(dāng)；與添加環(huán)烷油810的2#配方膠料相比，添加重質(zhì)環(huán)烷油V700的1#配方膠料耐熱老化性能略低。

表5 大配合試驗(yàn)結(jié)果

2.4 成品性能

2.4.1 高速性能和耐久性能

用重質(zhì)環(huán)烷油V700胎側(cè)膠試制195/65R15H AH01和215/65R16H AH01半鋼子午線輪胎，并按GB/T 4502—2009《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》測試成品輪胎的高速性能和耐久性能，結(jié)果見表6。從表6可以看出，兩種成品輪胎的高速性能和耐久性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，說明重質(zhì)環(huán)烷油V700可以滿足半鋼子午線輪胎的需求。

表6 成品輪胎高速性能和耐久性能

2.4.2 環(huán)保性能

按照ISO 21461：2012測試的195/65 R15H AH01半鋼子午線輪胎胎側(cè)膠的灣區(qū)氫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%，小于0.35%的限值，符合REACH法規(guī)附件XVII第50條的要求。

3 結(jié)論

（1）重質(zhì)環(huán)烷油V700的芳烴含量大，與極性橡膠相容性好；其運(yùn)動(dòng)粘度也較大，管道輸送溫度需在70 ℃以上。

（2）重質(zhì)環(huán)烷油V700膠料與環(huán)烷油810膠料的門尼粘度、硫化特性、物理性能和耐疲勞性能相當(dāng)，-20～+70 ℃時(shí)的tanδ略小。

（3）采用重質(zhì)環(huán)烷油V700胎側(cè)膠試制的半鋼子午線輪胎高速性能和耐久性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且滿足環(huán)保要求。

（4）重質(zhì)環(huán)烷油V700價(jià)格低于環(huán)烷油810，性價(jià)比較高。