熱穩(wěn)定劑在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

周寶珍，孫 濤，劉 峰，王俊英，王振玲，王書磊，邢 濤，陳雪梅

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

隨著輪胎行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)輪胎的性能要求越來(lái)越高，尤其是使用壽命。輪胎的胎面與地面接觸，要求胎面膠具有低滾動(dòng)阻力，良好的耐磨、抗刺扎及抗崩花掉塊[1-2]、耐熱和耐老化等性能，從而延長(zhǎng)輪胎的使用壽命[3-4]。

輪胎在使用過(guò)程中與地面接觸生熱以及內(nèi)摩擦生熱，會(huì)導(dǎo)致膠料交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)老化降解。返原使膠料的物理性能下降，內(nèi)摩擦增大，生熱速度加快，從而導(dǎo)致橡膠制品損壞，使用壽命縮短。在膠料中添加熱穩(wěn)定劑以提高其熱穩(wěn)定性是延長(zhǎng)輪胎使用壽命的一種快捷有效的方法[5-7]。

熱穩(wěn)定劑HS-80是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)絡(luò)合物和活化劑的混合物，能夠抑制硫化膠在高溫下多硫交聯(lián)鍵的斷裂，促進(jìn)多硫交聯(lián)鍵向雙硫鍵和單硫鍵轉(zhuǎn)化，從而保持硫化膠在受熱條件下的交聯(lián)密度穩(wěn)定[8-10]。熱穩(wěn)定劑SL-9090是一種特殊脂肪酸金屬皂鹽的混合物。熱穩(wěn)定劑能夠賦予橡膠制品優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，改善橡膠制品在高溫下的動(dòng)態(tài)性能，從而提高硫化膠的物理性能保持率，延長(zhǎng)輪胎使用壽命。

本工作主要研究熱穩(wěn)定劑SL-9090和HS-80在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCRWF（原SCR5），上海韜睿實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；炭黑N134，山東俱進(jìn)化工材料有限公司產(chǎn)品；熱穩(wěn)定劑SL-9090，華奇化工有限公司產(chǎn)品；熱穩(wěn)定劑HS-80，大連天寶化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

NR 100，炭黑N134 50，氧化鋅 3，硬脂酸2，熱穩(wěn)定劑 變品種、變量（見表1），硫黃和促進(jìn)劑 2.6，其他 8.4。

表1 兩種熱穩(wěn)定劑用量 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

Ф160 mm×320 mm開煉機(jī)，煙臺(tái)橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；GKl.5N型密煉機(jī)，德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品；MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；P-200-2PCD型平板硫化機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣磐石油壓工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；DKD-K-1680l型自動(dòng)硬度計(jì)，德國(guó)Bareiss公司產(chǎn)品；CMT-4503型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司產(chǎn)品；EPLEXOR500N型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，德國(guó)GABO公司產(chǎn)品；5109型彈性試驗(yàn)儀，德國(guó)Zwick/Roell公司產(chǎn)品；401A型老化箱，江蘇新真威試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-7012-D型磨耗試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；EVO MA15型掃描電子顯微鏡（SEM），德國(guó)Carl zeiss公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料分兩段混煉。一段混煉在GKl.5N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1，混煉工藝為：生膠→炭黑→小料→排膠（溫度為160 ℃）；二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→下片。膠料停放至少8 h后在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為151 ℃×30 min。

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)果與討論

2.1 理化性能

兩種熱穩(wěn)定劑的理化性能見表2。

表2 兩種熱穩(wěn)定劑的理化性能

從表2可以看出，熱穩(wěn)定劑SL-9090和HS-80中都含有鋅和不飽和鍵，但兩者的含量不同。

2.2 灰分元素分析

采用SEM/能譜儀分析熱穩(wěn)定劑的灰分元素含量，測(cè)試結(jié)果見表3。

從表3可以看出，熱穩(wěn)定劑HS-80中僅含有C，O和Zn三種元素，而熱穩(wěn)定劑SL-9090中除含有這3種元素外還含有大量的稀土金屬元素。

表3 兩種熱穩(wěn)定劑的灰分中各元素占比 %

2.3 紅外光譜分析

兩種熱穩(wěn)定劑的紅外光譜如圖1所示。

圖1 兩種熱穩(wěn)定劑的紅外光譜

從圖1可以看出，熱穩(wěn)定劑SL-9090與HS-80的紅外光譜相似度為53.4%，說(shuō)明二者不是同一種物質(zhì)。經(jīng)分析認(rèn)為，熱穩(wěn)定劑SL-9090是由鋅化合物、稀土金屬化合物的不飽和脂肪族化合物混合而成，而熱穩(wěn)定劑HS-80是由鋅化合物、不飽和脂肪族或芳香族化合物混合而成，長(zhǎng)鏈亞甲基（CH2）n中n≥2。

2.4 硫化特性

不同熱穩(wěn)定劑膠料的硫化特性見表4。

從表4可以看出：與1#配方膠料相比，2#—4#配方膠料的門尼粘度減小6%～8%，t5延長(zhǎng)2%～5%，加工性能得到改善；2#—5#配方膠料的tR3%和t90－t10延長(zhǎng)，且與熱穩(wěn)定劑用量呈正比，說(shuō)明加入熱穩(wěn)定劑的膠料抗硫化返原性提高，硫化速度減慢，其中加入2份熱穩(wěn)定劑HS-80的膠料抗硫化返原性最好。

表4 不同熱穩(wěn)定劑膠料的硫化特性

2.5 物理性能

不同熱穩(wěn)定劑硫化膠的物理性能見表5。

表5 不同熱穩(wěn)定劑硫化膠的物理性能

從表5可以看出：與1#配方硫化膠相比，老化前2#—5#配方硫化膠的總交聯(lián)密度提高9%～14%，其余主要物理性能差異均在5%范圍內(nèi)；老化后2#—4#配方硫化膠的主要物理性能差異在5%范圍內(nèi)；5#配方硫化膠的100%和300%定伸應(yīng)力分別提高17%和11%，說(shuō)明其模量略高；3#和4#配方硫化膠老化后的300%定伸應(yīng)力變化率相對(duì)較小，其耐熱穩(wěn)定性相對(duì)較好。

2.6 高溫拉伸性能

不同熱穩(wěn)定劑膠料在100 ℃×48 h老化后的80 ℃高溫拉伸性能見表6。

從表6可以看出：2#—4#配方膠料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均大于5#配方膠料；其中3#配方膠料的100%和300%定伸應(yīng)力高溫保持率相對(duì)較高，且拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率保持較好，其耐高溫性能最優(yōu)。

表6 不同熱穩(wěn)定劑膠料老化后的80 °C高溫拉伸性能

2.7 DMA數(shù)據(jù)

不同熱穩(wěn)定劑膠料的損耗因子（tanδ）如表7和圖2所示。

表7 不同熱穩(wěn)定劑膠料的tan δ

圖2 不同熱穩(wěn)定劑膠料的DMA曲線

從表7和圖2可以看出，1#—5#配方膠料的生熱相當(dāng)，這與高溫回彈值結(jié)果一致。

3 結(jié)論

（1）加入熱穩(wěn)定劑SL-9090和HS-80，膠料的門尼粘度減小，硫化速度減慢，抗硫化返原性提高，且與熱穩(wěn)定劑用量呈正比，加入2份熱穩(wěn)定劑HS-80的膠料抗硫化返原性最好。

（2）加入熱穩(wěn)定劑SL-9090和HS-80，硫化膠的物理性能變化不大，生熱相當(dāng)，其中加入3份熱穩(wěn)定劑SL-9090的膠料耐高溫性能最優(yōu)。