新癸酸鎳在巨型工程機(jī)械輪胎胎體膠和粘合膠中的應(yīng)用

劉 娟，高 利，谷 寧，曲 淼，張恩華

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

金屬鈷是重要的戰(zhàn)略資源之一，廣泛應(yīng)用于汽車、化工和航空等領(lǐng)域。近幾年全球?qū)︹挼男枨罅吭絹碓酱?，使鈷的價(jià)格大幅上漲。鈷資源儲(chǔ)量極小，在市場(chǎng)需求激增的形勢(shì)下，鈷的供應(yīng)鏈非常脆弱，歐盟已提出要減小制品中鈷含量或?qū)で筇娲饘兮挼男虏牧稀?/p>

金屬鎳的儲(chǔ)量非常豐富。從元素周期表可以看出，鐵、鈷和鎳同屬第Ⅷ副族，最外層電子數(shù)均為2，因此具有相近的化學(xué)性質(zhì)。由于鐵、鈷和鎳的次外層電子數(shù)分別為6，7和8，次外層電子數(shù)越少，其活性越高，形成氧化物的速度越快，越易氧化，因此三者的耐老化性能優(yōu)劣順序依次為鎳、鈷和鐵。

鈷鹽是鍍銅（鋅）鋼絲簾線的專用粘合增進(jìn)劑，其在子午線輪胎各部件膠料配合劑中最為重要，且價(jià)格昂貴。研究表明，在間-甲-白粘合體系中加入鈷鹽，可以明顯提高膠料與鋼絲簾線的粘合性能，因此該粘合體系在輪胎行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用[1-4]。

本工作主要研究新癸酸鎳替代新癸酸鈷在巨型工程機(jī)械輪胎胎體膠和粘合膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑N326，河南東泰科技有限公司產(chǎn)品；炭黑N347，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；新癸酸鈷，牌號(hào)Manobond 740C，上海黎元國(guó)際貿(mào)易有限公司提供；新癸酸鎳，牌號(hào)WX-N20，杭州中德化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；辛基增粘樹脂，牌號(hào)SL1801，華奇（中國(guó)）化工有限公司產(chǎn)品；增粘樹脂Koresin，彤程集團(tuán)有限公司提供。

1.2 配方

1.2.1 胎體膠

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑N326 50，新癸酸鈷 0.8，增粘樹脂Koresin 2，不溶性硫黃 6，促進(jìn)劑DZ 0.4，其他 13。

試驗(yàn)配方A：以0.4份新癸酸鎳等量部分替代新癸酸鈷，其余組分及用量均同生產(chǎn)配方。

試驗(yàn)配方B：以0.8份新癸酸鎳等量全部替代新癸酸鈷，同時(shí)增加0.2份促進(jìn)劑CBS，其余組分及用量均同生產(chǎn)配方。

1.2.2 粘合膠

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑N347 40，白炭黑 10，新癸酸鈷 0.8，辛基增粘樹脂 2，硫黃 2，促進(jìn)劑TBBS 1，其他 12。

試驗(yàn)配方C：以0.4份新癸酸鎳等量部分替代新癸酸鈷，其余組分及用量均同生產(chǎn)配方。

試驗(yàn)配方D：以0.8份新癸酸鎳等量全部替代新癸酸鈷，同時(shí)增加0.2份促進(jìn)劑TBBS，其余組分及用量均同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；GK1.5N型（切向轉(zhuǎn)子系統(tǒng)）密煉機(jī)，德國(guó)Krupp公司產(chǎn)品；GK400型和GK255型密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XLB-Q型400×400×2平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；T2000型拉力試驗(yàn)機(jī)和MDR2000型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；EPLEXOR 500N型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械性能分析儀，德國(guó)GABO公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 胎體膠

膠料采用兩段混煉工藝，混煉均在GK1.5N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠→小料→兩次提壓砣→混煉至溫度達(dá)到145 ℃→排膠；二段混煉工藝為：加入一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑和防焦劑，混煉至溫度達(dá)到105℃→排膠。

1.4.2 粘合膠

膠料采用五段混煉工藝，前四段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，終煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料→壓壓砣→提壓砣→炭黑→混煉至溫度達(dá)到160 ℃→排膠；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠、小料→壓壓砣→提壓砣→炭黑→混煉至溫度達(dá)到150 ℃→排膠；三段和四段混煉均為回車；終煉工藝為：加入四段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑等→壓壓砣→提壓砣→壓壓砣→混煉至溫度達(dá)到100 ℃→排膠。

1.5 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性質(zhì)

新癸酸鎳和新癸酸鈷的理化性質(zhì)見表1。

表1 新癸酸鎳和新癸酸鈷的理化性質(zhì)

2.2 在胎體膠中的應(yīng)用

胎體膠的硫化特性和物理性能如表2所示，表中tanδ為損耗因子。

表2 胎體膠的硫化特性和物理性能

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方A和B膠料的門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，t90縮短；硫化膠的硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和回彈值相當(dāng)，60℃時(shí)的tanδ減??；其中試驗(yàn)配方A膠料老化前后的H抽出力分別提高了5%和11%。

2.3 在粘合膠中的應(yīng)用

2.3.1 膠料性能

粘合膠的硫化特性和物理性能如表3所示。

表3 粘合膠的硫化特性和物理性能

從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方C和D膠料的門尼焦燒時(shí)間和t90延長(zhǎng)；硫化膠的硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率相當(dāng)，回彈值增大，60 ℃時(shí)的tanδ減小；其中試驗(yàn)配方C膠料的剝離力提高。

2.3.2 工藝性能

采用試驗(yàn)配方C和D膠料進(jìn)行胎體粘合膠片壓延，壓延過程良好，成型過程中的膠片粘性良好，無異常情況。

2.4 成本分析

采用新癸酸鎳部分替代新癸酸鈷，胎體膠成本約降低0.107 3元·kg-1，粘合膠成本約降低0.102 8元·kg-1。

3 結(jié)論

在巨型工程機(jī)械輪胎胎體膠和粘合膠中以新癸酸鎳部分替代新癸酸鈷，膠料的門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，硫化膠的硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度相當(dāng)，粘合性能提高，60 ℃時(shí)的tanδ減小，可減小滾動(dòng)阻力，降低動(dòng)態(tài)生熱，提高輪胎使用壽命，同時(shí)可降低膠料成本。在鈷資源日趨珍貴的形勢(shì)下，使用鎳鹽替代鈷鹽具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)前景。