微晶蠟HG75對(duì)輪胎胎側(cè)臭氧老化的防護(hù)

薛伯勇，趙相帥，李紅衛(wèi)，顧培霜，朱家順，孫茂忠

[特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266000]

微晶蠟由高相對(duì)分子質(zhì)量的石油殘?jiān)s、脫色制得，主要是由支化的烷烴或異構(gòu)鏈烷烴組成。在橡膠配方中加入微晶蠟，在硫化溫度下它可以完全溶解，當(dāng)硫化完成冷卻后，過(guò)飽和狀態(tài)的微晶蠟向制品表面噴出形成一層薄的蠟?zāi)?，有效屏蔽臭氧?duì)橡膠制品的破壞，達(dá)到保護(hù)橡膠制品、延長(zhǎng)其使用壽命的目的[1-5]。

隨著半鋼子午線輪胎技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)輪胎胎側(cè)的性能、外觀也提出了更高的要求，最理想的蠟?zāi)な窃诰哂袃?yōu)良臭氧防護(hù)效果的前提下，蠟?zāi)ず穸雀?、結(jié)構(gòu)更均勻致密，既可以阻止臭氧對(duì)橡膠的攻擊，達(dá)到臭氧防護(hù)效果，又可以降低過(guò)度噴霜幾率，以保持胎側(cè)良好的外觀[6-7]。為此，我們?cè)囼?yàn)研究在半鋼子午線輪胎胎側(cè)膠中以新型改性微晶蠟HG75等量替換傳統(tǒng)微晶蠟H7075對(duì)胎側(cè)臭氧老化的防護(hù)效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），TSR20，國(guó)產(chǎn)20#標(biāo)準(zhǔn)膠；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石化燕山石化公司產(chǎn)品；炭黑N375和N660，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品；微晶蠟H7075和HG75，山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 50，BR 50，炭 黑N375 22，炭黑N660 30，環(huán)保芳烴油V500 12，防老劑4020 3.5，微晶蠟H7075 1.5，硫化體系 7.5。

試驗(yàn)配方：以微晶蠟HG75等量替代微晶蠟H7075，配方其他組分和用量同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

152.4 mm型開(kāi)煉機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；X（S）M-0.3 L型密煉機(jī)，青島科技大學(xué)產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；MM4130C型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，中國(guó)臺(tái)灣高特威爾公司產(chǎn)品；UM-2050型門(mén)尼粘度儀和UT-2060型萬(wàn)能拉力機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；GC-Smart型氣相色譜儀，日本島津公司產(chǎn)品；OZ-0500型臭氧老化試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；HZK-FA210電子分析天平，美國(guó)華志公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1?；鞜捁に嚍椋荷z→除硫黃和促進(jìn)劑之外的所有配合劑→混煉6.5 min→排膠（155～160 ℃），在開(kāi)煉機(jī)上下片后冷卻，停放0.5 h。

二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→左右割刀各5次（輥溫為40 ℃）→薄通、打卷5次→下片，停放。

1.5 測(cè)試分析

（1）臭氧老化測(cè)試。試樣在溫度為40 ℃、臭氧體積分?jǐn)?shù)為50×10-9、靜態(tài)拉伸20%試驗(yàn)條件下放置144 h，進(jìn)行臭氧防護(hù)效果試驗(yàn)。

（2）蠟?zāi)ず穸葴y(cè)試。取1個(gè)在室內(nèi)靜置30 d、帶有一定厚度蠟?zāi)さ脑嚇樱瑴y(cè)量其質(zhì)量（m1），精確到0.1 mg，同時(shí)計(jì)算試樣的表面積（S）；用浸潤(rùn)了環(huán)己烷的脫脂棉將試樣表面擦拭干凈后置于60 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量（m2），則（m1－m2）即為試樣表面噴出蠟的質(zhì)量（忽略其他可能?chē)姵鑫镔|(zhì)）。按式（1）計(jì)算蠟?zāi)ず穸龋╠）：

式中，ρ為微晶蠟的密度，其值為0.92 Mg·m-3。

（3）膠料的其他性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 微晶蠟的碳數(shù)分布

采用氣相色譜法表征微晶蠟HG75和H7075的碳數(shù)分布[8-9]，結(jié)果如圖1所示。

從圖1可以明顯看出：微晶蠟H7075的正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴相對(duì)含量相當(dāng)（正構(gòu)烷烴相對(duì)含量為54.62%，異構(gòu)烷烴相對(duì)含量為45.38%）；而微晶蠟HG75的正構(gòu)烷烴相對(duì)含量遠(yuǎn)高于異構(gòu)烷烴相對(duì)含量（正構(gòu)烷烴相對(duì)含量為75.95%，異構(gòu)烷烴相對(duì)含量為24.05%）。此外，微晶蠟H7075的正構(gòu)烷烴峰值碳數(shù)為C33，而微晶蠟HG75為C37；微晶蠟H7075的異構(gòu)烷烴峰值碳數(shù)為C36，而微晶蠟HG75為C40。微晶蠟HG75的正構(gòu)烷烴相對(duì)分子質(zhì)量和異構(gòu)烷烴相對(duì)分子質(zhì)量均高于微晶蠟H7075，更大的相對(duì)分子質(zhì)量會(huì)降低微晶蠟HG75分子鏈的運(yùn)動(dòng)能力，在一定程度上也會(huì)降低膠料的噴霜幾率。

圖1 微晶蠟HG75和H7075的碳數(shù)分布

2.2 硫化特性和物理性能

在工業(yè)生產(chǎn)中，若是針對(duì)某一性能的優(yōu)化而對(duì)生產(chǎn)配方進(jìn)行調(diào)整，首先要保證配方的其他各項(xiàng)性能的穩(wěn)定，不能顧此失彼。

試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料的性能對(duì)比見(jiàn)表1。

從表1可以看出，無(wú)論是混煉膠的加工性能、硫化特性還是硫化膠的物理性能，試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料均處在同一水平，說(shuō)明以微晶蠟HG75等量替代微晶蠟H7075不會(huì)對(duì)膠料性能產(chǎn)生不良影響，這種替代是可行的。

表1 試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料的性能對(duì)比

2.3 耐臭氧老化性能

試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料于臭氧老化箱中老化144 h后的表面形貌如圖2所示。

從圖2可以看出，兩個(gè)膠料表面均出現(xiàn)了一定程度的微晶蠟的噴出，表面略泛白，均沒(méi)有出現(xiàn)龜裂，說(shuō)明微晶蠟HG75和H7075對(duì)膠料臭氧老化的防護(hù)效果相當(dāng)。但是生產(chǎn)配方膠料中部與兩側(cè)的顏色差異較大，影響了外觀質(zhì)量。分析認(rèn)為，由于微晶蠟H7075的正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴相對(duì)含量相當(dāng)，因此在40 ℃的環(huán)境中，噴出到膠料表面的微晶蠟H7075的正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴相對(duì)含量也是相當(dāng)?shù)模⑶覈姵龊蠼Y(jié)晶的正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴晶型的致密程度不同，異構(gòu)烷烴晶型更加致密、緊實(shí)[6]，正是由于其晶型的差異，從而導(dǎo)致其噴出后外觀質(zhì)量不美觀。反觀微晶蠟HG75，由于其正構(gòu)烷烴相對(duì)含量遠(yuǎn)大于異構(gòu)烷烴相對(duì)含量，噴出后異構(gòu)烷烴晶型被大量的正構(gòu)烷烴晶型掩蓋，因此其顏色分布也較為均勻，外觀質(zhì)量更好。

圖2 膠料臭氧老化后的表面形貌

2.4 蠟?zāi)ず穸?/h3>

試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料于室內(nèi)環(huán)境靜置30 d后的蠟?zāi)ず穸扔?jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 兩種配方膠料的蠟?zāi)ず穸葘?duì)比

從表2可以看出，試驗(yàn)配方膠料的蠟?zāi)ず穸冗h(yuǎn)小于生產(chǎn)配方膠料，僅為生產(chǎn)配方膠料的1/2，說(shuō)明在同樣的防護(hù)效果下，微晶蠟HG75的噴霜幾率遠(yuǎn)低于微晶蠟H7075。分析認(rèn)為，由于微晶蠟H7075的正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴峰值碳數(shù)分別為C33和C36，并且在室溫條件下最易遷移成膜的碳數(shù)分布為C28～C30[10]，與微晶蠟H7075碳數(shù)分布最密集的區(qū)域接近，因此微晶蠟H7075的噴出量較大，有較高的噴霜幾率；反觀微晶蠟HG75，其正構(gòu)烷烴和異構(gòu)烷烴峰值碳數(shù)分別為C37和C40，均高于微晶蠟H7075，并且微晶蠟的相對(duì)分子質(zhì)量越大，其遷移速率也越低，因此微晶蠟HG75的噴出量較小，噴霜幾率也較低。

3 結(jié)論

微晶蠟HG75具有與微晶蠟H7075相當(dāng)?shù)某粞醴雷o(hù)能力，同時(shí)微晶蠟HG75的蠟?zāi)ぞ鶆蛐愿?，厚度更小，既能確保輪胎的外觀質(zhì)量，又降低了噴霜幾率，有望作為新型臭氧防護(hù)蠟在半鋼子午線輪胎胎側(cè)配方中推廣使用。