環(huán)保高強(qiáng)力再生膠在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中的應(yīng)用

崔雪靜，汪 燕，邱海強(qiáng)，于海洋，孫世悅，徐 旗，李崇兵

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

廢舊輪胎再生膠在輪胎配方中的生產(chǎn)應(yīng)用已有多年歷史，由于再生膠的異味、雜質(zhì)、產(chǎn)品穩(wěn)定性及環(huán)保問題，其應(yīng)用一直受到限制。

近年來，在循環(huán)經(jīng)濟(jì)、碳中和、碳減排大背景下，國家政策推動(dòng)了再生膠企業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型，通過技術(shù)創(chuàng)新，大力發(fā)展環(huán)保型再生膠，再生膠生產(chǎn)過程更加環(huán)保清潔，產(chǎn)品質(zhì)量得到提升，化學(xué)成分指標(biāo)符合歐美等發(fā)達(dá)國家相關(guān)法規(guī)要求[1-4]。環(huán)保高強(qiáng)力再生膠的使用為企業(yè)和社會(huì)都帶來了一定的效益，其應(yīng)用在輪胎行業(yè)內(nèi)掀起了一輪新高潮[5-8]。

本工作研究環(huán)保高強(qiáng)力再生膠在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR）1502、炭黑N330、炭黑N375、補(bǔ)強(qiáng)樹脂205和環(huán)保高強(qiáng)力再生膠，國內(nèi)廠家產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方（用量/份）：NR和SBR 100，炭黑N330和N375 65，操作油 8，活性劑 6，補(bǔ)強(qiáng)樹脂 10，不溶性硫黃 4.5，促進(jìn)劑 2.1，其他3.2。

試驗(yàn)配方1#—3#中分別加入5，10，15份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠，其余組分及用量同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.5×（10-118）型密煉機(jī)和XK-160S型開煉機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；GK400型和GK270型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；V502H-18X型平板硫化機(jī)，美國WASBASHMPI公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；Instron 3365型拉力試驗(yàn)機(jī)，英斯特朗（上海）試驗(yàn)設(shè)備貿(mào)易有限公司產(chǎn)品；VR-7130型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，日本株式會(huì)社上島制作所產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗(yàn)采用2段混煉工藝。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行。

一段混煉工藝為：NR、SBR和環(huán)保高強(qiáng)力再生膠（壓砣壓力為0.5 MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r·min-1）→壓壓砣（15 s）→炭黑、補(bǔ)強(qiáng)樹脂、活性劑和操作油等（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1）→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（20 s）→提壓砣→壓壓砣→160 ℃排膠。

二段混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→左右割刀各3次，薄通6次→4 mm輥距下片，停放待用。

大配合試驗(yàn)混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，二段混煉在GK270型密煉機(jī)中進(jìn)行。

一段混煉工藝為：NR、SBR、環(huán)保高強(qiáng)力再生膠、炭黑、補(bǔ)強(qiáng)樹脂、活性劑等（壓砣壓力為0.4 MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1）→壓壓砣（20 s）→操作油（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為30 r·min-1）→壓壓砣（15 s）→提壓砣→壓壓砣→165 ℃排膠。

二段混煉工藝為：一段混煉膠、不溶性硫黃、促進(jìn)劑等（壓砣壓力為0.35 MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1）→壓壓砣（25 s）→提壓砣（5 s）→壓壓砣（20 s）→提壓砣（5 s）→壓壓砣→100 ℃排膠。

1.5 性能測試

膠料的各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

環(huán)保高強(qiáng)力再生膠的理化性能見表1。

從表1可以看出，環(huán)保高強(qiáng)力再生膠的各項(xiàng)理化性能均達(dá)到指標(biāo)要求。

2.2 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 小配合試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的焦燒時(shí)間、硫化速度和回彈值基本無變化；1#和2#試驗(yàn)配方膠料的整體性能相差不大；3#試驗(yàn)配方中高強(qiáng)力再生膠用量較大，膠料的Fmax—FL、硬度和定伸應(yīng)力較小，這可能與環(huán)保高強(qiáng)力再生膠消耗了部分硫化劑有關(guān)。

2.3 大配合試驗(yàn)

綜合考慮小配合試驗(yàn)結(jié)果，選擇2#試驗(yàn)配方進(jìn)行大配合試驗(yàn)。

2.3.1 環(huán)保性能

根據(jù)歐盟2005/69/EC指令，輪胎中多環(huán)芳烴產(chǎn)生的灣區(qū)氫（HBay）質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不大于0.35%[9-10]。對(duì)高強(qiáng)力再生膠和2#試驗(yàn)配方硫化膠分別進(jìn)行核磁共振測試，HBay質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.23%和0.21%，均符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3.2 硫化特性

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性見表3。

表3 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

從表3可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，2#試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度、焦燒時(shí)間和交聯(lián)密度相當(dāng)，表明加入10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠對(duì)膠料的硫化特性幾乎無影響。

2.3.3 物理性能

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能見表4。

表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能

從表4可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，2#試驗(yàn)配方膠料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率分別增大約10%和22%，硬度、100%定伸應(yīng)力和回彈值相當(dāng)，表明加入10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠對(duì)膠料的物理性能無明顯影響。

2.3.4 動(dòng)態(tài)性能

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的動(dòng)態(tài)性能見表5。

表5 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的動(dòng)態(tài)性能

從表5可以看出，加入10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠對(duì)膠料的動(dòng)態(tài)性能無明顯影響。

2.3.5 擠出性能

大配合試驗(yàn)硬三角膠的擠出外觀如圖1所示。

圖1 大配合試驗(yàn)硬三角膠的擠出外觀

從圖1可以看出，生產(chǎn)配方硬三角膠擠出表面光滑，2#試驗(yàn)配方硬三角膠擠出表面略顯粗糙，有肉眼可見小膠粒，這與環(huán)保高強(qiáng)力再生膠中含有少量未脫硫的膠粒有關(guān)。兩種配方半部件的粘合性能相當(dāng)，成型無異常。

2.3.6 成品輪胎性能

分別采用生產(chǎn)配方和2#試驗(yàn)配方膠料試制185R15LT 103/102R 8PR輪胎，并對(duì)成品輪胎的高速性能和老化前后耐久性能進(jìn)行測試，結(jié)果如表6所示。

表6 成品輪胎性能

從表6可以看出，在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中添加10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠，對(duì)成品輪胎的高速性能和耐久性能均無明顯影響。

2.4 成本分析

高強(qiáng)力再生膠作為一種可循環(huán)材料，應(yīng)用于輪胎中不僅可以降低輪胎的碳排放，且價(jià)格低廉。在硬三角膠配方中添加10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠后，膠料成本降低約0.25元·kg-1，可降低輪胎的生產(chǎn)成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

3 結(jié)論

在輕型載重子午線輪胎硬三角膠配方中添加10份環(huán)保高強(qiáng)力再生膠，對(duì)膠料的硫化特性和物理性能無明顯影響；膠料中HBay含量符合歐盟標(biāo)準(zhǔn)要求，成品輪胎的高速性能和老化前后耐久性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；膠料成本降低約0.25元·kg-1，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。