輪胎再生膠的無油化改性技術(shù)與應(yīng)用

徐世傳

[中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311607]

為適應(yīng)橡膠輪胎工業(yè)綠色化發(fā)展，輪胎再生利用要求突破現(xiàn)有技術(shù)水平，如生產(chǎn)過程無三廢排放及產(chǎn)品具有特殊功能性（如低滯后、高強力、無氣味、高抗硫化返原性、能替代部分炭黑等）[1]。但是由于新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究脫節(jié)，再生膠行業(yè)始終在高污染、高投入、低產(chǎn)出、低利潤的泥潭里掙扎，特別是近年來國家對環(huán)保要求提高，更增加了再生膠企業(yè)的生存難度。在這樣的技術(shù)背景下，為滿足橡膠制品高性能、低成本、高性價比的要求，本課題組聯(lián)合部分再生膠生產(chǎn)企業(yè)進行無油再生膠的研制，并對試制的功能化無油輪胎再生膠進行應(yīng)用性能的對比研究，期望借此給廣大的材料應(yīng)用工程師提供借鑒，同時也冀望橡膠和助劑生產(chǎn)企業(yè)更關(guān)注橡膠應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和性能提升要求，開展多層次的“生產(chǎn)、研發(fā)、應(yīng)用”三結(jié)合的科技合作，為加速我國橡膠工業(yè)科技現(xiàn)代化建設(shè)做出應(yīng)有的貢獻。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR5標(biāo)準(zhǔn)膠；炭黑N115，上?？ú┨靥亢谟邢薰井a(chǎn)品；炭黑N234，浙江省富春江化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑，無錫確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品；無油輪胎再生膠，河南艾卡橡膠材料有限公司產(chǎn)品；輪胎無味改性再生膠，浙江力源新型材料有限公司產(chǎn)品；防老劑6PPD和RD，南京化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要試驗設(shè)備和儀器

F370型密煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機和50T平板硫化機，湖州橡膠機械廠產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；WGJ-2500BⅡ型電子拉力機，桂林奧峰電器制造有限公司產(chǎn)品；GT-7017型老化箱，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；T5525A型定負荷壓縮生熱試驗機，北京橡研院機電技術(shù)開發(fā)有限公司產(chǎn)品。

1.3 膠料混煉

試驗?zāi)z料在開煉機上混煉，成品輪胎生產(chǎn)膠料在密煉機中混煉。

開煉機混煉工藝為：生膠薄通→達到一定粘度后加入小料、炭黑→左右割刀3次，薄通并打5次三角包→加硫黃和促進劑→左右割刀3次，薄通3次并打3次三角包→左右割刀3次，下片（膠片厚度為2.5 mm）。

密煉機混煉工藝為：投生膠、小料、炭黑→壓壓砣→提壓砣，加軟化劑→壓壓砣→達到規(guī)定的時間和溫度后排膠。

1.4 性能測試

膠料物理性能測試均按相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 輪胎再生膠的無油化改性原理和步驟

輪胎再生膠的生產(chǎn)過程為：將輪胎破碎→除去鋼絲簾線等雜質(zhì)→硫化膠粉→脫硫→粉狀再生膠→薄通出片→再生膠。

從再生膠的生產(chǎn)工藝不難發(fā)現(xiàn)，初始經(jīng)機械粉碎的硫化膠粉是表面帶有棱角及破裂紋的不規(guī)則球狀體，如圖1所示。

圖1 硫化膠粉示意

目前，國內(nèi)再生膠生產(chǎn)工藝基本是在一定比例水/油/脫硫劑、脫硫罐保持較高溫度和壓力下連續(xù)滾動脫硫的工藝，由此可見，在目前硫化膠粉脫硫過程中，在脫硫劑、機械剪切力、高溫降解、水、油等多因素的作用下，膠粉成為一個集合體：脫硫膠粉、裂解油、原料中的軟化劑等組成的復(fù)雜膠粒子，如圖2所示，中間是脫硫膠粉，外層包覆一層油類物質(zhì)。

⑧設(shè)計供圖和征地拆遷是制約工程進展的主要因素，要加大力度，緊緊跟上，才能滿足施工要求，推進工程的順利進行。

圖2 脫硫膠粉示意

脫硫膠粉外部的油狀物因為沒有任何橡膠特性，加之又滲入到膠粉的裂紋中，無法在后續(xù)的加工過程中脫除，這是再生膠強度低且不穩(wěn)定，耐磨性能低劣及與NR等通用橡膠相容性差、動態(tài)性能不理想的根本原因。

要使再生膠達到與NR接近的性能，或使其與NR完全相容，就要在再生膠的生產(chǎn)過程中，通過化學(xué)和工藝手段，將脫硫后的再生膠粒子裂縫內(nèi)及粒子外的非橡膠油狀物轉(zhuǎn)化為橡膠類物質(zhì)，提高其與NR的相容性，減少膠粉裂縫造成的原始缺陷，同時，消除外層油類物質(zhì)的隔離作用，從而提高耐磨性能、補強性能及動態(tài)力學(xué)性能。

在再生膠脫硫過程中，將改性劑加入到再生膠脫硫罐中，使其與包覆脫硫膠粉的油類物質(zhì)反應(yīng)并置換，使脫硫膠粉內(nèi)、外部的油類物成為一種橡膠與油類的過渡類物質(zhì)[如圖3（a）所示]，再在一定的壓力和溫度條件下，利用適宜的自催化反應(yīng)，使其轉(zhuǎn)化為類橡膠物質(zhì)[如圖3（b）所示]，以提高再生膠與NR的相容性，進而改善再生膠的耐磨性能和強度穩(wěn)定性，提高動態(tài)力學(xué)性能，降低生熱。

圖3 改性脫硫膠粉和無油再生膠粉示意

鑒于目前水油脫硫工藝對再生膠最終性能產(chǎn)生的不利影響，該無油或改性再生工藝應(yīng)是今后再生膠生產(chǎn)工藝的發(fā)展方向。

2.2 無油改性再生膠在輪胎中的應(yīng)用

將無油改性再生膠用于全鋼載重子午線輪胎，探討其對膠料性能的影響。

（1）輪胎過渡層膠生產(chǎn)配方為NR 100，炭黑/白炭黑 65，氧化鋅 10，硬脂酸 0.5，鈷鹽0.7，防老劑 3，硫黃和促進劑 8，其他 15。

從表1可以看到，在輪胎過渡層膠中使用100份無油改性再生膠后，膠料密度下降較大，這對降低膠料體積成本比較有利。最重要的是，試驗?zāi)z料與鋼絲簾線的粘合強度不僅沒有下降，還有不同程度的提高，這與無油再生膠改性材料的分子結(jié)構(gòu)及無油再生工藝技術(shù)有關(guān)，也是本研究的核心內(nèi)容。

表1 無油改性再生膠對輪胎過渡層膠性能的影響

另外，在輪胎過渡層膠中增用100份無油改性再生膠后，試驗配方膠料的強度性能與生產(chǎn)配方膠料相近，但拉斷伸長率增大，硬度和定伸應(yīng)力略有下降，可以通過優(yōu)化硫化體系，使試驗配方膠料的物理性能與生產(chǎn)配方膠料一致。

（2）胎面膠生產(chǎn)配方1為NR 100，炭黑N234/白炭黑 50，氧化鋅 4，硬脂酸 2，防老劑 3，硫黃和促進劑 2.9，其他 6。以30份無油改性再生膠替代15份炭黑N234（試驗配方1）對輪胎胎面膠性能的影響如表2所示。

從表2可以看到：試驗配方膠料的密度減小3.5%，這對降低膠料的體積成本有利；壓縮溫升下降6 ℃，這對降低輪胎滾動阻力、提高耐久性能十分有利；耐磨性能略有下降，但由于壓縮生熱降低，輪胎在使用過程中的溫升會比較低，因此，實際耐磨性能可能不會下降。盡管使用部分改性再生膠后，試驗配方膠料的硬度和定伸應(yīng)力下降，拉斷伸長率提高，但通過優(yōu)化硫化體系可使膠料硬度和定伸應(yīng)力與生產(chǎn)配方膠料一致。

表2 無油改性再生膠替代部分炭黑對輪胎胎面膠性能的影響

（3）胎面膠生產(chǎn)配方2為NR 100，炭黑115/白炭黑 53，氧化鋅 4，硬脂酸 2，防老劑 3，硫黃和促進劑 2.9，其他 7。使用20份無油改性再生膠及炭黑N234替代炭黑N115（試驗配方2）膠料的性能變化如表3所示。

表3 使用無油改性再生膠及炭黑N234替代炭黑N115對輪胎胎面膠性能的影響

試驗配方2是一個低成本的輪胎胎面膠配方，也是試驗配方1的重現(xiàn)性驗證方案。

從表3可以看到，使用部分無油改性再生膠后，試驗配方2膠料的物理性能與生產(chǎn)配方2膠料基本一致，但壓縮溫升下降4～5 ℃。

經(jīng)輪胎耐久性室內(nèi)測試，胎面膠試驗配方2輪胎的耐久性試驗累計時間比生產(chǎn)配方2輪胎延長10 h以上。采用試驗配方2的11.00R20輪胎經(jīng)7個月的實際里程試驗，實際耐磨性能及其他性能與生產(chǎn)配方2輪胎相同。

該配方的另外一個試驗?zāi)康氖球炞C無油改性再生膠氣味的改善程度。

從實際的氣味結(jié)果看，改性能大大降低再生膠的臭味，無油改性再生膠的氣味小于目前市場上的無味再生膠。

3 結(jié)論

（1）無油改性輪胎再生膠改善了與NR等通用橡膠的相容性，從而提高了膠料的物理性能，特別是動態(tài)力學(xué)性能，使壓縮生熱下降。

（2）無油改性再生膠的特殊材料性能和工藝性能不僅可使其用于輪胎胎面膠，還可用于過渡層，在降低成本的同時，還能對提高膠料與鋼絲簾線的粘合性能有一定的幫助。

（3）無油改性再生膠的氣味小于目前市場上供應(yīng)的無味再生膠。