相同牌號不同廠家炭黑在胎側配方中的應用

孫 稷，鄭 濤，張 寧，曹進忠，王樹舉

(1.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300；2.山東八億輪胎制造有限公司，山東 薛城 277000)

炭黑屬于一種無定形碳，是一種輕、松且極細的黑色粉末，它的表面積非常大[1]。炭黑N375在胎面膠料中的補強性能、耐磨性能及抗裂口增長性能特別適用于丁苯橡膠與順丁膠并用體系，主要用于轎車胎、載重胎及越野胎胎面膠以及高速輪胎側膠配方中。因此對比研究同一牌號不同廠家的炭黑對胎側終煉膠性能的影響，有利于針對不同的市場及車型使用不同的填料。

1 實驗部分

1.1 原料

天然橡膠(20#標膠)：上海攀仞國際貿易有限公司；高順丁橡膠(BR9000)：中國石油天然氣獨山子石化分公司；氧化鋅：海順鋅業(yè)(淄博)有限公司；炭黑N375：美國卡博特公司/奧瑟亞建陽炭黑有限公司；芳烴環(huán)保油(V700)：漢圣石化(寧波)有限公司；石蠟與微晶蠟的混合物(ANTILUX 111)：萊茵化學(青島)有限公司；促進劑CZ、防老劑4020、防焦劑CTP、硫磺：山東尚舜化工有限公司。

1.2 儀器及設備

X(S)M-1.5X型小密煉機、XK-160型小開煉、XLB-400-400型平板硫化機：青島科高橡塑機械技術裝備公司；XM370型密煉機、XM305型開煉機：軟控股份有限公司；MV3000型門尼黏度檢測儀：德國Montech公司；Z010拉力試驗機、Z3130硬度計：德國Zwick公司；GT-7011-DG型屈撓試驗機：高鐵檢測儀器(東莞)有限公司。

1.3 基本配方

基本配方(質量份)為：20#標膠 40；高順丁橡膠(BR9000) 60；氧化鋅 3；硬脂酸 1；炭黑N375 50；微晶蠟Antilux111 1.5；環(huán)保油V700 12；防老劑4020、促進劑CZ、防焦劑CTP、硫磺合計13.2。

1.4 胎側膠料生產

美國卡博特公司和奧瑟亞建陽炭黑有限公司生產的炭黑N375產品分別標記為A廠家N375和B廠家N375。輪胎胎側配方中分別應用A廠家N375、B廠家N375生產胎側終煉膠試樣，其生產過程運用的生產工藝為傳統(tǒng)式混煉工藝，傳統(tǒng)式煉膠工藝生產胎側終煉膠需進行多段混煉，方可完成[2-10]，母煉膠進行二次加工混煉前，需要進行6～8 h停放，停放過程有利于結合膠的生成，如果整體工藝為4段，則中間需停放3次，方可生產出胎側終煉膠，終煉膠打卷后繼續(xù)停放6～8 h，半部件車間方可領用，用于擠出、壓出等生產線的膠料半部件加工，胎側擠出使用三復合擠出生產線，該設備可保證胎側膠與胎圈護膠的完美復合，擠出效果好[11]。

1.5 硫化膠的制備

胎側配方生產的胎側終煉膠試樣的各項物理化學性能檢測參照相應的國家標準，硫化特性按照GB/T16584—1996進行測定；門尼黏度按照GB/T1232．1—2016進行測定；硬度按照GB/T531．1—2008進行測定；拉伸性能按照GB/T528—2009進行測定；撕裂強度按照GB/T529—2008進行測定；炭黑分散等級按照GB/T6030—2006進行測定；屈撓龜裂性能按照GB/T13934—2006進行測定。成品輪胎的耐久性按照企業(yè)標準Q/B NP01—2018《轎車子午線路胎耐久性能試驗方法》進行測試；成品輪胎的高速性能按照企業(yè)標準Q/B GP04—2018《轎車子午線輪胎高速性能試驗方法》進行測試。

2 結果與討論

2.1 物理化學性能

A廠家N375和B廠家N375，檢測的物理化學性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 炭黑N375的理化測試結果1)

從表1可以看出，兩個廠家生產的炭黑N375的物理化學性能均在我公 司企業(yè)標準 范圍之內。B廠家N375的檢測數(shù)據(jù)與公司在用的A廠家N375對比，基本無差異，除炭黑純度稍低,體現(xiàn)在加熱減量和篩余物數(shù)值偏高。

2.2 小配合實驗

使用A廠家N375生產的胎側配方編號標記為F01F,使用B廠家N375生產的胎側配方編號標記為F02F。

從表2的檢測數(shù)據(jù)可以看出，與配方F01F相比，配方F02F胎側混煉膠的門尼黏度值略低，焦燒時間(t5)略短，但偏差不大，部件擠出性能下降，其他數(shù)據(jù)基本接近。整體來講，配方F01F、配方F02F檢測結果，均達到內控標準要求。

表2 快檢檢測數(shù)據(jù)1)

從表3胎側膠小配合物性檢測數(shù)據(jù)可以看出，與配方F01F相比，配方F02F生產的胎側硫化膠硬度稍低，50%定伸應力略有增加，斷裂伸長率等性能略有降低。同時配方F02F生產的胎側膠料的回彈性約降低7%，這將影響胎側的屈撓性能，會在早期發(fā)生老化龜裂，與老化后的拉伸強度等測試數(shù)據(jù)互相佐證，炭黑分散等級降低1級，回彈性與炭黑分散將影響成品輪胎胎側的整體性能。

表3 胎側膠小配合物性檢測數(shù)據(jù)1)

2.3 大配合實驗

因小配合中，老化前、后的測試數(shù)據(jù)一致，大配合測試數(shù)據(jù)不進行老化前、后對比。

從表4胎側膠大配合物性檢測數(shù)據(jù)可以看出，與配方F01F相比，配方F02F生產的終煉膠硫化后，硬度降低，50%定伸應力略有提高(約為+2.4%)，斷裂伸長率性能略有降低(約為-2.3%)。同時配方F02F生產的胎側膠料的回彈性差別約為9.7%，也不利于膠料的屈撓性能，易發(fā)生早期老化龜裂，炭黑分散度降低一個等級，以上檢測數(shù)據(jù)均不利于成品輪胎的胎側性能，整體數(shù)據(jù)趨勢與小配合物的檢測數(shù)據(jù)趨勢一致。

表4 胎側膠大配合物性檢測數(shù)據(jù)1)

2.4 工藝性能

終煉膠的快檢結果如表5所示。從表5可以看出，與配方F01F相比，配方F02F硫化膠的焦燒時間(t5)略短，加工性能降低。

表5 終煉膠快檢數(shù)據(jù)

2.5 屈撓性能

配方F01F、配方F02F生產的終煉膠取不同的車次，平板硫化后制作成測試試片，1、2、3試片對應配方F01F的3車終煉膠；4、5、6試片對應配方F02F的3車終煉膠，試樣測量屈撓次數(shù)后取平均值，結果見表6。

表6 終煉膠料屈撓性試驗數(shù)據(jù)

3 成品性能驗證

生產的胎側膠料進行成品輪胎性能驗證，成品輪胎規(guī)格為：185/60R14 82 h RRD16。

3.1 耐久性能

測試依據(jù)企業(yè)標準Q/B NP 01-2018《轎車子午線輪胎耐久性能試驗方法》，測試輪胎的充氣壓力為180 kPa，結果如表7所示。從表7可以看出，配方F01F、配方F02F生產輪胎的測試的結果分別為86 h、84 h，性能差異約為2.3%，成品輪胎耐久性能測試時間超過研發(fā)標準，高于國家標準要求。

表7 成品輪胎耐久性能試驗結果

3.2 高速性能

測試依據(jù)企業(yè)標準Q/B GP 04—2018《轎車子午線輪胎高速性能試驗方法》，測試輪胎的充氣壓力為280 kPa，結果如表8所示。配方F01F、配方F02F生產輪胎的測試結果分別為118 min、115 min，性能差異約2.5%，成品輪胎高速性能測試時間，超過研發(fā)標準，高于國家標準要求。

表8 成品輪胎高速性能試驗結果

4 結 論

通過研究對比不同廠家生產同一牌號的炭黑，針對性的應用于胎側配方中，并分析配方生產的胎側終煉膠的性能發(fā)現(xiàn)，炭黑純度的不同，隨著篩余物的減少，斷裂伸長率等性能得到不同程度的提升，膠料的屈撓性能得到提升，可針對性的優(yōu)化成品胎的高速及耐久性能，這將對個性化市場及車型配方的選配有相應的指導作用，有利于針對性地做細、做強。