環(huán)保改性補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L在全鋼載重子午線輪胎氣密層和胎側(cè)膠中的應(yīng)用

薛彬彬，陳建軍，倪海超

（山東華盛橡膠有限公司，山東 廣饒 257300）

近期我國(guó)環(huán)保政策頻出，體現(xiàn)了對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，促使相關(guān)化工產(chǎn)品供貨緊張，且價(jià)格居高不下，使國(guó)內(nèi)輪胎市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈，輪胎行業(yè)利潤(rùn)下滑。在保證輪胎性能的前提下，降低生產(chǎn)成本成為輪胎企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益的有效方法。因此，優(yōu)質(zhì)低價(jià)的綠色環(huán)保材料在輪胎中的應(yīng)用受到重視。

高嶺土是一種非金屬礦產(chǎn)，呈潔白細(xì)膩、松軟土狀，具有良好的可塑性和耐熱性等[1]。綠色環(huán)保改性補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L（簡(jiǎn)稱補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L）是通過對(duì)礦物材料進(jìn)行表面改性處理而研發(fā)的一種新型補(bǔ)強(qiáng)填料，有良好的補(bǔ)強(qiáng)性、分散性和膠料物理性能，且符合環(huán)保要求，無析出，使用安全，同時(shí)可降低輪胎生產(chǎn)成本，提高膠料的加工安全性和氣密性。本工作研究補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L在全鋼載重子午線輪胎氣密層和胎側(cè)膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；溴化丁基橡膠（BIIR），牌號(hào)2222，進(jìn)口產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石化銷售有限公司廣東茂名石油分公司產(chǎn)品；炭黑N660，卡博特化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N375，山西三強(qiáng)新能源科技有限公司產(chǎn)品；補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L，北海高嶺科技有限公司產(chǎn)品；環(huán)保芳烴油，山東天源化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

（1）氣密層膠。生產(chǎn)配方：NR/BIIR 100，炭黑N660 55，環(huán)保芳烴油 6.5，石油樹脂 5，均勻劑40MSF 9.41，其他 5.88。

試驗(yàn)配方：炭黑N660用量為45份，加入20份補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L，其余均同生產(chǎn)配方。

（2）胎側(cè)膠。生產(chǎn)配方：NR/BR 100，炭黑N375 53.6，環(huán)保芳烴油 8，活性劑 5.5，石油樹脂 6.5，防老劑4020 2，防老劑RD 1，微晶蠟 2，其他 2.81。

試驗(yàn)配方：炭黑N375用量為48.6份，環(huán)保芳烴油用量為9份，加入12份補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L，其余均同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.5X（0～120）型智能實(shí)驗(yàn)密煉機(jī)和XK-160型開煉機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；GK400型和GK255型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XL-800×800×2型平板硫化機(jī)，青島光越橡膠機(jī)械制造有限公司產(chǎn)品；TD-401A型熱老化試驗(yàn)機(jī)，江都市騰達(dá)試驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；GT-TCS-2000型電子拉力機(jī)和GT-505型炭黑分散分析儀，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗(yàn)

氣密層和胎側(cè)膠料均為兩段混煉，一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r·min-1，壓砣壓力為25 MPa，混煉工藝為：生膠、活性劑和防老劑等小料→壓壓砣（80 s）→炭黑（80 s）→提壓砣（80 s）→清掃（80 s）→提壓砣（70 s），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為65 r·min-1→排膠（130～140 ℃）→薄通下片，停放4 h；二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，加入一段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑，過輥6～8次后薄通6次，混煉均勻后下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

氣密層和胎側(cè)膠料均采用三段混煉工藝。

氣密層膠：一段和二段混煉均在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，加料順序?yàn)椋荷z→炭黑→小料、環(huán)保芳烴油→排膠（170 ℃）；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1，對(duì)一段混煉膠進(jìn)行返煉增塑，160 ℃排膠；三段混煉在GK255型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，加入二段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑，混煉均勻，105 ℃排膠。

胎側(cè)膠：一段和二段混煉均在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，加料順序?yàn)椋荷z→炭黑→小料、環(huán)保芳烴油→排膠（170 ℃）；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，對(duì)一段混煉膠進(jìn)行返煉增塑，160 ℃排膠；三段混煉在GK255型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，加入二段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑，混煉均勻，110 ℃排膠。

1.5 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按相應(yīng)的國(guó)家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L的理化分析結(jié)果如表1所示。

從表1可以看出，補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L的理化分析結(jié)果

2.2 小配合試驗(yàn)

2.2.1 氣密層膠

2.2.1.1 硫化特性

補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠硫化特性的影響如表2所示。

表2 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠硫化特性的影響

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度減小，門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，F(xiàn)L減小，正硫化時(shí)間和硫化速度相當(dāng)；在相同條件下，試驗(yàn)配方膠料的加工安全性和流動(dòng)性優(yōu)于生產(chǎn)配方膠料。

2.2.1.2 物理性能

補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠物理性能的影響如表3所示。

從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和回彈值增大，炭黑分散性和氣密性提高，耐熱老化性能和耐臭氧性能變化不大。

表3 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠物理性能的影響

2.2.2 胎側(cè)膠

2.2.2.1 硫化特性

補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠硫化特性的影響如表4所示。

從表4可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度減小，門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，F(xiàn)L和Fmax減小，正硫化時(shí)間和硫化速度相當(dāng)；在相同條件下，試驗(yàn)配方膠料的加工安全性和交聯(lián)密度與生產(chǎn)配方膠料接近，且流動(dòng)性較好。

表4 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠硫化特性的影響

2.2.2.2 物理性能

補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠物理性能的影響如表5所示。

從表5可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的密度增大，硬度變化不大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率增大，撕裂強(qiáng)度減小，炭黑分散性提高，其他性能相當(dāng)

表5 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠物理性能的影響

2.3 大配合試驗(yàn)

2.3.1 氣密層膠

補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠硫化特性和物理性能的影響如表6所示。

從表6可以看出，采用補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L部分替代炭黑N660，膠料的大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本保持一致。

表6 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)氣密層膠硫化特性和物理性能的影響

2.3.2 胎側(cè)膠

補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠硫化特性和物理性能的影響如表7所示。

表7 補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L對(duì)胎側(cè)膠硫化特性和物理性能的影響

從表7可以看出，采用補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L部分替代炭黑N375，膠料的大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本保持一致。

2.4 工藝和成品性能

采用試驗(yàn)配方膠料擠出壓延生產(chǎn)正常，半成品部件擠出、壓延表面光滑平整、尺寸穩(wěn)定、粘性以及氣體含量均滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝要求；成型和硫化工藝正常，試驗(yàn)配方半成品接頭粘性和胎坯挺性良好。

采用試驗(yàn)配方膠料試制的成品輪胎按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。結(jié)果表明，輪胎運(yùn)行47 h未損壞，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 成本分析

由于補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L的價(jià)格低廉，其膠料中的含膠率和炭黑用量減小，可以降低生產(chǎn)成本。例如，依據(jù)目前市場(chǎng)材料價(jià)格計(jì)算，當(dāng)添加20份補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)劑BG802L并減少10份炭黑N660時(shí)，輪胎氣密層膠成本可降低1.32元·kg-1。

3 結(jié)論

（1）在全鋼載重子午線輪胎氣密層膠中采用補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L部分替代炭黑N660，膠料的門尼粘度減小，門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，氣密性能提高，對(duì)硫化膠耐熱老化性能和耐臭氧性能影響不大。

（2）在全鋼載重子午線輪胎胎側(cè)膠中采用補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L部分替代炭黑N375，膠料的加工安全性和流動(dòng)性較好，硫化膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率增大，炭黑分散性提高。

（3）在全鋼載重子午線輪胎配方中添加補(bǔ)強(qiáng)劑BG802L，可以降低輪胎生產(chǎn)成本，且完全滿足生產(chǎn)工藝及使用性能要求。