環(huán)保型橡膠增塑劑在半鋼子午線輪胎 胎面膠中的應用

馮 濤，于恩強，秦 鍇，馬志遠，王瑞瑞

（1.中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256601；2.北京橡膠工業(yè)研究設計院，北京 100143）

近年來，隨著人們環(huán)保意識的提高，歐盟及美、日等相繼推出和實施了一系列環(huán)保法規(guī)，其中歐盟REACH法規(guī)對我國輪胎和橡膠制品出口造成了很大的影響[1]。

綠色輪胎是歐美主要的進口輪胎產(chǎn)品，也是我國輪胎的發(fā)展方向。綠色輪胎要使用無毒無害、符合歐盟REACH法規(guī)要求的環(huán)保原材料。石油系增塑劑在橡膠加工中使用較多。歐盟2005/69/EC指令《關于對某些危險物質(zhì)和配制品（填充油和輪胎中多環(huán)芳烴）投放市場和使用的限制》和REACH法規(guī)附件XVII中規(guī)定：如果填充油中苯并（a） 芘（BaP）含量大于1 mg·kg-1或所規(guī)定的8種多環(huán)芳烴（PAHs）總含量大于10 mg·kg-1，則不能投放市場和用于輪胎或輪胎部件的生產(chǎn)[2]。傳統(tǒng)的芳烴油（DAE）中PAHs含量明顯超標，石油系環(huán)保型橡膠增塑劑是其有效的替代產(chǎn)品。

石油系環(huán)保型橡膠增塑劑應具有與橡膠相容性好、增塑效果佳、揮發(fā)性低、耐寒性優(yōu)、遷移性弱等特點[3]。目前國內(nèi)市場上的石油系環(huán)保型橡膠增塑劑主要產(chǎn)品有：中國海洋石油總公司（中海油）的HJA系列、中國石油天然氣集團公司的NAP系列、瑞典尼納斯公司的Nytex系列產(chǎn)品，以及環(huán)保型芳烴油（TDAE）和殘余芳烴抽提物（RAE）等。

石油系環(huán)保型橡膠增塑劑中芳碳率（CA）大于18%的產(chǎn)品較少，其中國外典型產(chǎn)品是TDAE和RAE，國內(nèi)典型產(chǎn)品是中海油的增塑劑HJA1824。TDAE是以DAE為原料，經(jīng)過溶劑精制或加氫精制工藝制得。RAE是以減壓渣油為原料，采用溶劑脫瀝青和溶劑精制組合工藝制得，其運動粘度很高，在常溫下呈固態(tài)，使用較困難[4]。中海油的增塑劑HJA1824是以重質(zhì)環(huán)烷減壓餾分油為原料，采用溶劑精制工藝制得，CA較大，同時由于原料為環(huán)烷基餾分油，環(huán)烷碳率（CN）也較大。

本工作對環(huán)保型橡膠增塑劑HJA1824，TDAE和RAE在半鋼子午線輪胎胎面膠中的應用進行 對比研究。

1 實驗

1.1 主要原材料

丁苯橡膠（SBR），牌號SBR1723（充油量為37.5份）和SBR1502；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石油齊魯石化股份有限公司產(chǎn)品。增塑劑HJA1824，中海油產(chǎn)品。TDAE和RAE，進口產(chǎn)品。

1.2 配方

SBR1723 82.5，SBR1502 20，BR20，炭黑85，氧化鋅3，硬脂酸2.5，增塑劑（1#配方為HJA1824，2#配方為TDAE，3#配方為RAE）10，硫黃1.8，促進劑1.9，其他1.9。

1.3 主要設備與儀器

1.57 L本伯里密煉機，英國法雷爾公司產(chǎn)品；XK-160A型開煉機，上海橡膠機械廠產(chǎn)品；C2000E型無轉(zhuǎn)子硫化儀，北京市友深電子儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料混煉分兩段進行。一段混煉在密煉機中進行，密煉室初始溫度為60 ℃，密煉機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，加料順序為：生膠→炭黑和小料→排膠（150～170 ℃）；二段混煉在開煉機上進行，加料順序為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→薄通6次→下片。膠料停放24 h后在平板硫化機上硫化。

1.5 性能測試

膠料性能按相應國家標準或行業(yè)標準測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

3種環(huán)保型橡膠增塑劑的理化性能如表1所示（CP為鏈烷碳率，PCA為稠環(huán)芳烴）。從表1可以看出：3種增塑劑均具有較大的CA（大于18%），屬于石油系環(huán)保型橡膠增塑劑中的高檔產(chǎn)品，雖然增塑劑HJA1824的CA相對較小，但其CN達到48.5%，較大CN是對略小CA的有效彌補，并且對產(chǎn)品使用性能有明顯的提升作用[5]；3種增塑劑的環(huán)保性能均達到歐盟要求，三者均屬于環(huán)保產(chǎn)品。

表1 3種環(huán)保型橡膠增塑劑的理化性能

2.2 未硫化膠性能

2.2.1 混煉工藝性能

膠料的混煉工藝性能如表2所示。從表2可以看出：3個配方膠料在密煉過程中密煉機電流穩(wěn)定，混煉能耗相近，排膠結(jié)團性較好，密煉工藝性能無明顯差異；3個配方膠料在開煉過程中的包輥性以及壓出膠片外觀均較好，此外煉膠過程中無起兜或破碎現(xiàn)象。

表2 膠料混煉工藝性能

2.2.2 門尼粘度和硫化特性

膠料的門尼粘度和硫化特性如表3所示（Vc為硫化速度指數(shù)）。從表3可以看出：3個配方膠料的門尼粘度和門尼松弛面積A相近；門尼焦燒時間相近；t10和t90相差不大，Vc處于同一水平；使用增塑劑HJA1824的1#配方膠料的FL最大，這說明其在硫化初期的流動性一般；1#配方膠料的Fmax與使用RAE的3#配方膠料相近，大于使用TDAE的2#配方膠料。3個配方膠料的硫化特性均達到實際生產(chǎn)要求。

表3 膠料的門尼粘度和硫化特性

2.3 硫化膠性能

2.3.1 物理性能

硫化膠的物理性能如表4所示。從表4可以得出如下結(jié)論。

表4 硫化膠的物理性能

（1）基本性能：3個配方硫化膠的硬度、100%定伸應力、300%定伸應力、拉伸強度、撕裂強度和回彈值相近。

（2）耐磨性能：使用增塑劑HJA1824的1#配方硫化膠的耐磨性能與使用TDAE的2#配方硫化膠相比有一定優(yōu)勢，但與使用RAE的3#配方硫化膠相比略有差距。

（3）抗切割性能：使用增塑劑HJA1824的1#配方硫化膠的切割減量與使用TDAE的2#配方硫化膠相近，略大于使用RAE的3#配方硫化膠。

（4）耐壓縮疲勞性能：3個配方硫化膠的壓縮疲勞性能即溫升、永久變形和終動壓縮率差別較小，相對而言，使用增塑劑HJA1824的1#配方硫化膠的耐壓縮疲勞性能略好。

（5）耐熱老化性能：使用增塑劑HJA1824的1#配方硫化膠老化后的拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率較其他兩個配方硫化膠略大，耐熱老化性能略差。

2.3.2 動態(tài)力學性能

硫化膠的動態(tài)力學性能如表5所示。從表5可以看出，使用增塑劑HJA1824的1#配方硫化膠的滾動阻力略低于2#和3#配方硫化膠，滾動變形和生熱介于兩者之間；3個配方硫化膠0 ℃時的tanδ相近，表明其抗?jié)窕阅芟嗖畈淮?；使用增塑劑HJA1824的1#配方硫化膠60 ℃時的tanδ最小，這也表明其滾動阻力最低。

表5 硫化膠的動態(tài)力學性能

3 結(jié)論

（1）增塑劑HJA1824，TDAE和RAE均具有較大的CA（大于18%），環(huán)保性能達到歐盟要求，屬于高檔石油系環(huán)保型橡膠增塑劑。

（2）使用3種增塑劑的膠料混煉工藝性能、門尼粘度和硫化特性均滿足半鋼子午線輪胎胎面膠的生產(chǎn)要求。

（3）使用增塑劑HJA1824的硫化膠耐壓縮疲勞性能略好，滾動阻力略低，耐熱老化性能略差，耐磨性能介于使用TDAE和RAE的硫化膠之間?？傮w來說，使用3種增塑劑的硫化膠的強伸性能、耐壓縮疲勞性能、抗切割性能和滾動阻力性能相差不大，各項性能滿足半鋼子午線輪胎胎面膠要求。

因此，中海油增塑劑HJA1824與進口TDAE和RAE在半鋼子午線輪胎胎面膠中的應用性能相當，可作為綠色輪胎的優(yōu)選原材料。