液體異戊橡膠在全鋼載重子午線輪胎下三角膠中的應(yīng)用

黃 黔，黃 凱

（1.青島科技大學(xué) 高分子材料與科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266042；2.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018）

液體異戊橡膠（LIR）由鋰系陰離子活性聚合而成，玻璃化溫度為－63 ℃，是一種無色無味粘稠性透明液體，顏色淺、無雜質(zhì)、流動性好，除具有普通液體橡膠的性能外，由于LIR鏈節(jié)結(jié)構(gòu)與天然橡膠（NR）相同，因此LIR更適合作為橡膠的增塑劑或軟化劑。芳烴油作為增塑劑或軟化劑，不僅會降低硫化膠的物理性能，而且在高溫下易揮發(fā)，具有污染性，易遷移到部件表面或相鄰的部件中，從而影響使用壽命。隨著各國環(huán)保法規(guī)的相繼推行，輪胎行業(yè)將逐步淘汰芳烴油。LIR是一種相對分子質(zhì)量較低的液體聚合物，可替代芳烴油作為橡膠軟化劑，在硫化過程中與NR產(chǎn)生交聯(lián)而使硫化膠獲得優(yōu)良的物理性能和化學(xué)穩(wěn)定性。這種增塑劑不遷移、不揮發(fā)、無污染，同時(shí)還具有降低膠料混煉能耗、提高型膠部件尺寸穩(wěn)定性、降低滾動阻力和節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

本工作研究LIR在全鋼載重子午線輪胎下三角膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，20#標(biāo)準(zhǔn)膠，泰國產(chǎn)品；LIR，上海麒翔化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N330，卡博特（中國）投資有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，浙江聯(lián)華鋅品有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，杭州油脂化工有限公司產(chǎn)品；防老劑，中國石化集團(tuán)南京化工廠產(chǎn)品；補(bǔ)強(qiáng)樹脂，華奇（中國）化工有限公司產(chǎn)品；芳烴油，杭州特種油品廠產(chǎn)品；硫黃，牌號IS7020，寧波市鎮(zhèn)海大方硫黃廠產(chǎn)品；促進(jìn)劑NS，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR100，炭黑N33068，氧化鋅4，硬脂酸2，芳烴油4，補(bǔ)強(qiáng)樹脂10，防老劑RD1，防老劑40201，硫黃4，促進(jìn)劑NS 1.8，其他4.2。

試驗(yàn)配方：NR 95，LIR 5，炭黑N330 82，氧化鋅 4，硬脂酸 2，防老劑RD 1，防老劑4020 1，硫黃 4，促進(jìn)劑NS 1.8，其他 4.2。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，無錫市第一橡塑機(jī)械設(shè)備廠產(chǎn)品；3 L密煉機(jī)，佰弘機(jī)械（上海）有限公司產(chǎn)品；GK255型和GK400型密煉機(jī)，益陽雙龍橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XLB-D型平板硫化機(jī)，湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MDR2000型橡膠硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；A1-3000-ND型拉力機(jī)，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；Y3000E型壓縮升熱試驗(yàn)機(jī)，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；輪胎耐久性試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉，一段混煉在3 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：生膠和小料→壓壓砣 30 s 加炭黑、芳烴油→壓壓砣→提壓砣（125 ℃）→排膠（155 ℃）；二段混煉在開煉機(jī)上加硫黃和促進(jìn)劑。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料分三段混煉，一段在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料和2/3炭黑→壓壓砣→提壓砣（125 ℃）→排膠（160 ℃）；二段混煉在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：一段混煉膠和1/3炭黑→壓壓砣→提壓砣（130 ℃）→排膠（155 ℃）；三段混煉在GK255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、硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣 50 s 提壓砣→壓壓砣100s提壓砣→排膠（100 ℃）。

試樣在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為151℃×30 min。

1.5 性能測試

壓縮疲勞試驗(yàn)條件為：沖程 4.45 mm，負(fù)荷245 N，溫度 100 ℃；其他性能均按相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

LIR的理化分析結(jié)果見表1。

表1 LIR的理化分析結(jié)果

從表1可以看出，LIR的理化分析結(jié)果符合指標(biāo)要求。

2.2 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的硫化速度加快，F(xiàn)max增大；硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率減?。?0 ℃高溫拉伸后硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力增大，拉伸強(qiáng)度基本相當(dāng)，拉斷伸長率明顯減小。

表2 小配合試驗(yàn)結(jié)果

2.3 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 大配合試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的硫化速度加快；硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率減小，壓縮生熱基本一致；80 ℃高溫拉伸后硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率減小。

2.4 工藝性能

采用試驗(yàn)配方膠料進(jìn)行12.00R20 18PR CM998規(guī)格下三角膠擠出試驗(yàn)，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度與生產(chǎn)配方膠料差別較小，但炭黑用量的增大使得擠出膨脹率高于生產(chǎn)配方膠料，同時(shí)擠出溫升較生產(chǎn)配方膠料高。在正常生產(chǎn)工藝條件下，擠出下三角膠的厚度略大于生產(chǎn)配方膠料，調(diào)整擠出參數(shù)確保尺寸一致，下三角膠外觀平整光潔。

2.5 成品試驗(yàn)

采用試驗(yàn)配方膠料生產(chǎn)12.00R20 18PR CM998全鋼載重子午線輪胎，并進(jìn)行胎圈耐久性試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

表4 成品輪胎的胎圈耐久性試驗(yàn)結(jié)果

從表4可以看出，試驗(yàn)輪胎的胎圈耐久性能比生產(chǎn)輪胎有所提高。

3 結(jié)論

在全鋼載重子午線輪胎下三角膠配方中加入LIR，同時(shí)取消芳烴油和補(bǔ)強(qiáng)樹脂，并增大炭黑用量，膠料的硫化速度加快，硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率減小，在高溫下的物理性能得到改善，延長了輪胎胎圈的使用壽命，同時(shí)每年可節(jié)約原材料成本1 000萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。