硅格粉在全鋼子午線輪胎基部膠中的應(yīng)用

蘇忠鐵，黃仙紅，呂志文，陸一鳴，陳家輝，韓啟龍

（中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎基部膠作為胎面下層膠，除了具備一定的力學(xué)性能，低生熱性能也同樣重要。全鋼子午線輪胎在使用過程中，胎面基部溫度相對較高，降低基部膠的生熱，能夠有效減少冠空等缺陷，延長輪胎的使用壽命[1-2]；同時降低基部膠的生熱對降低輪胎的滾動阻力有益，進(jìn)而有利于低燃油消耗、環(huán)境友好型輪胎的發(fā)展。采用白炭黑作為填料是降低膠料生熱的一種有效措施[3-10]。硅格粉以天然礦物質(zhì)及秸稈灰等為原料，采用生物構(gòu)筑技術(shù)，經(jīng)深度純化、復(fù)合而成，調(diào)控的表面烴基，實現(xiàn)了與硅烷及高分子材料的結(jié)合作用，在高溫下可以減小填料與高分子鏈之間的內(nèi)摩擦力，從而表現(xiàn)為極佳的低生熱行為[11]。

本工作研究硅格粉在全鋼子午線輪胎基部膠中的應(yīng)用，以期為低生熱基部膠、低滾動阻力、高性能全鋼子午線輪胎的研究提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SCR20，泰國產(chǎn)品；硅格粉，哈爾濱硅格新材料有限公司產(chǎn)品；炭黑N330，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品；白炭黑，確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品；防老劑4020，圣奧化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品；防老劑RD，中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；硫黃，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑TBBS，山東戴瑞克新材料有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

1.2.1 小配合試驗

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑N330 35，白炭黑15，硅烷偶聯(lián)劑Si69 1.5，氧化鋅 3.5，硬脂酸 1，防老劑4020和RD 3.5，硫黃 1.8，促進(jìn)劑TBBS 1.5，其他 5。

試驗配方：用15份硅格粉代替15份白炭黑，其他組分及用量同生產(chǎn)配方。

1.2.2 大配合試驗

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑N330 30，白炭黑15，硅烷偶聯(lián)劑Si69 1.5，氧化鋅 3.5，硬脂酸 1，防老劑4020和RD 3.5，硫黃 2.2，促進(jìn)劑TBBS 1.4，其他 4。

試驗配方：用15份硅格粉代替15份白炭黑，其他組分及用量同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，無錫第一橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；2.5 L小型密煉機(jī)，佰弘機(jī)械（上海）有限公司產(chǎn)品；F370型和F270型密煉機(jī)，桂林橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XLB-D型平板硫化機(jī)，湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-TCS-2000-G型電子拉力試驗機(jī)，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；動態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，德國耐馳儀器公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗采用兩段混煉工藝，一段混煉在2.5 L小型密煉機(jī)中進(jìn)行?；鞜捁に嚾缦拢荷z（30 s）→炭黑N330、白炭黑（或硅格粉）和小料→壓壓砣（50 s）→提壓砣清掃→壓壓砣至150 ℃→排膠，在開煉機(jī)上下片。二段混煉在XK-160型開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑TBBS→左右割刀各3次→薄通、打三角包6次→出片。

準(zhǔn)備回家時，秦風(fēng)讓我等他一會。我不解地望著他，他卻一溜煙跑開了，好一會兒后，他才抱著一堆空礦泉水瓶回來?！拔铱匆姴賵錾蟻G了很多空瓶子，撿起來，積著賣。”他說。

大配合試驗采用3段混煉工藝，一和二段混煉均在F370型密煉機(jī)中進(jìn)行，三段混煉在F270型密煉機(jī)中進(jìn)行。

一段混煉工藝如下：生膠及1/3炭黑→壓壓砣（35 s）→提壓砣（120 ℃）→壓壓砣至（150±5）℃→排膠。

二段混煉工藝如下：一段混煉膠、2/3炭黑、白炭黑（或硅格粉）和小料→壓壓砣（35 s）→提壓砣（125 ℃）→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣至（155±5） ℃→排膠。

終煉混煉工藝如下：二段混煉膠和硫黃→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（35 s）→提壓砣→壓壓砣至（105±5） ℃→排膠。

膠料在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為151 ℃×20 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能和成品輪胎室內(nèi)性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

硅格粉的理化性能見表1。

表1 硅格粉的理化性能

2.2 小配合試驗

小配合試驗結(jié)果見表2。

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼焦燒時間變化不大，F(xiàn)max－FL減小，表明硅格粉與NR形成膠料交聯(lián)密度略小于白炭黑膠料，t10和t90相差不大；與生產(chǎn)配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的50%和100%定伸應(yīng)力略有下降、300%定伸應(yīng)力下降17.8%、拉伸強(qiáng)度下降9.4%，撕裂強(qiáng)度下降23.8%，這是因為與白炭黑相比，硅格粉與NR基體結(jié)合能力差，補(bǔ)強(qiáng)性能弱。經(jīng)100 ℃×48 h熱空氣老化后的生產(chǎn)配方和試驗配方硫化膠的性能保持率相當(dāng)，表明膠料的耐老化性能相當(dāng)。在100 ℃高溫下拉伸，生產(chǎn)配方和試驗配方硫化膠的定伸應(yīng)力保持率相當(dāng)，試驗配方硫化膠的拉斷伸長率較大，表明高溫下試驗配方硫化膠的拉伸性能提升。

表2 小配合試驗結(jié)果

從表2還可以看出，與生產(chǎn)配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠60 ℃時的tanδ顯著降低，降幅約為23%，表明試驗配方硫化膠的滾動阻力小，生熱低。

2.3 大配合試驗

大配合試驗結(jié)果見表3。

從表3可以看出，與生產(chǎn)配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的總體物理性能稍差，但硫化膠60℃時的tanδ小、生熱低，動態(tài)力學(xué)性能較優(yōu)。大配合試驗?zāi)z料的硫化特性和物理性能變化趨勢與小配合試驗?zāi)z料基本一致。

表3 大配合試驗結(jié)果

2.4 工藝性能

采用大配合試驗?zāi)z料進(jìn)行工藝性能評價。以12R22.5輪胎為例，壓出基部膠出現(xiàn)輕微裂邊，原因可能是硅格粉的補(bǔ)強(qiáng)性能差造成膠料的彈性形變大、部件收縮率大，從而出現(xiàn)裂邊；與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的粘合性能略差，但成型時未出現(xiàn)工藝問題。為避免膠料粘合性能下降，建議試驗配方膠料的停放時間短于生產(chǎn)配方膠料。

2.5 成品性能

采用大配合試驗?zāi)z料制備12R22.5成品輪胎。成品輪胎的耐久性試驗按GB/T 4501—2016進(jìn)行，結(jié)果表明輪胎耐久性試驗的累計行駛時間由生產(chǎn)輪胎的96 h延長至試驗輪胎的105 h。成品輪胎的滾動阻力按照GB/T 29040—2012測試，結(jié)果表明輪胎滾動阻力系數(shù)由生產(chǎn)輪胎的5.4 N·kN-1降至試驗輪胎的5.2 N·kN-1。綜合可見，試驗輪胎的耐久性能明顯提升，滾動阻力略降低，表明基部膠使用硅格粉能夠有效提升輪胎使用性能。

3 結(jié)論

（1）與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼焦燒時間變化不大，F(xiàn)max－FL減小，表明硅格粉與NR形成膠料交聯(lián)密度略小于白炭黑膠料。

（2）與生產(chǎn)配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的50%和100%定伸應(yīng)力略有下降；300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度明顯下降；耐老化性能相當(dāng)、高溫拉伸性能提升；試驗配方硫化膠60 ℃時的tanδ顯著降低。

（3）與生產(chǎn)輪胎相比，試驗輪胎的耐久性能明顯提升，滾動阻力下降。

基部膠中使用硅格粉部分替代白炭黑，能夠有效改善膠料的生熱特性，基于其優(yōu)異的性價比，硅格粉在基部膠中應(yīng)用前景良好。