白炭黑在阻燃輪胎胎面膠中的應(yīng)用

佘騰龍

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008）

在焦炭廠、金屬冶煉廠等高溫作業(yè)場(chǎng)地，工程機(jī)械車(chē)輛需要裝配耐高溫性能和阻燃性能優(yōu)異的輪胎。

目前市場(chǎng)上的橡膠阻燃劑眾多，按使用方法分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑。添加型阻燃劑通過(guò)機(jī)械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性能，主要按照有機(jī)阻燃劑和無(wú)機(jī)阻燃劑，或者鹵系阻燃劑（有機(jī)氯化物和有機(jī)溴化物）和非鹵阻燃劑分類(lèi)[1-3]。有機(jī)阻燃劑是以溴系、磷氮系、氮系和紅磷及其化合物為代表的阻燃劑，無(wú)機(jī)阻燃劑主要包括三氧化二銻、氫氧化鎂[4-5]、氫氧化鋁、硅系等阻燃體系。反應(yīng)型阻燃劑則作為一種單體參與聚合反應(yīng)，從而使聚合物本身含有阻燃成分，其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)聚合物材料使用性能影響較小，阻燃性能持久。

在眾多阻燃劑中，唯有白炭黑是橡膠傳統(tǒng)的填充劑，不會(huì)對(duì)橡膠性能帶來(lái)負(fù)面影響[6-7]，因此，本研究將白炭黑應(yīng)用到阻燃輪胎胎面膠中，以期得到阻燃性能優(yōu)異的輪胎。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)普吉宏曼麗（橡膠）有限公司產(chǎn)品；高分散性白炭黑，牌號(hào)VN3，德國(guó)贏創(chuàng)德固賽公司產(chǎn)品；炭黑N234，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品。

1.2 配方

白炭黑阻燃輪胎胎面膠配方如表1所示。

表1 白炭黑阻燃輪胎胎面膠配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

3 L密煉機(jī)和F270型密煉機(jī)，美國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；LJ-150型開(kāi)煉機(jī)，青島巨融機(jī)械技術(shù)有限公司產(chǎn)品；PX-420型密煉機(jī)，意大利Pomini公司產(chǎn)品；LP3000型平板硫化機(jī)，德國(guó)MonTech公司產(chǎn)品；MV2000型門(mén)尼粘度儀和MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；T2000E型電子拉力機(jī)，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；JF-3型氧指數(shù)檢測(cè)儀，北京中航鼎力儀器設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料在3 L密煉機(jī)上采用一段法進(jìn)行混煉，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為加入橡膠及除硫黃、促進(jìn)劑和防焦劑外所有小料→壓壓砣30 s→加入全部炭黑和白炭黑→壓壓砣→110℃提壓砣→155 ℃排膠；在開(kāi)煉機(jī)上加硫黃和促進(jìn)劑，薄通6次，打1個(gè)卷后下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料采用四段混煉工藝混煉，一至三段混煉在PX-420型密煉機(jī)中進(jìn)行，每段混煉之間膠料停放8～12 h。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為加入生膠→全部炭黑和白炭黑→氧化鋅等小料→110 ℃提壓砣→155 ℃排膠；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為加入一段混煉膠→剩余小料→150 ℃排膠；三段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1，混煉工藝為加入二段混煉膠→145 ℃排膠。四段混煉在F270型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝為加入三段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑等→105 ℃排膠。

1.5 性能測(cè)試

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

2 結(jié)果與分析

2.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的各項(xiàng)性能如表2所示。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的各項(xiàng)性能

從表2可以看出:2#和3#配方膠料的門(mén)尼粘度比1#配方膠料增大，2#配方膠料增大較小，3個(gè)配方膠料的應(yīng)力松弛斜率的絕對(duì)值相近；3個(gè)配方膠料的t5相當(dāng)，說(shuō)明3個(gè)配方膠料的加工性能和焦燒安全性變化不大。3#配方膠料的Δt30和t10，t50，t90均最長(zhǎng)，表明其操作安全性最好。

從表2還可以看出:3個(gè)配方膠料的定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度均比較接近；3#配方膠料的氧指數(shù)最大，阻燃性能最好。

2.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的各項(xiàng)性能如表3所示。

表3 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的各項(xiàng)性能

從表3可以看出:3個(gè)配方膠料大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果一致性很好；3#配方膠料的阻燃性能最好。

2.3 成品輪胎道路試驗(yàn)

采用阻燃性能最好的3#配方制備成品輪胎進(jìn)行道路試驗(yàn)，路試地點(diǎn)為某鋼鐵冶煉廠，輪胎規(guī)格為23.5R25裝載機(jī)輪胎，作業(yè)環(huán)境如圖1所示。經(jīng)過(guò)2個(gè)月對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖1 試驗(yàn)輪胎路試作業(yè)環(huán)境

從圖2可以看出，道路試驗(yàn)結(jié)束后，1#配方（原始配方）成品輪胎胎面已經(jīng)燃燒得可見(jiàn)帶束層鋼絲；3#配方成品輪胎胎面膠完好，阻燃效果非常明顯。

圖2 成品輪胎阻燃效果

3 結(jié)論

將白炭黑作為添加型無(wú)機(jī)阻燃劑應(yīng)用于阻燃輪胎胎面膠中，胎面膠的阻燃性能明顯提高，其余性能無(wú)明顯下降。將該胎面膠配方輪胎用于焦炭廠、金屬冶煉廠等工況環(huán)境可以有效阻止輪胎燃燒，在延長(zhǎng)輪胎使用壽命的同時(shí)，還能避免車(chē)輛火險(xiǎn)的發(fā)生。