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几种橡胶加工助剂在轮胎中的应用研究
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唐兴朝 冯耀岭(河南轮胎厂,焦作 454003)
随着橡胶工业的不断发展,ＳＲ的用量越来越大,补强炭黑及其它填料的用量也随之增大。同时,配方中更多地采用了不同生胶并用。这给胶料加工带来了困难,如炭黑分散不均、胶料门尼粘度高、设备能耗大、挤出及压延温度高、易焦烧等。因此,各种橡胶加工助剂的应用越来越受到人们的重视。橡胶加工助剂一般为脂肪酸盐与各种添加剂的混合物。脂肪酸按所含双键的多少可分为饱和型和不饱和型两种;盐类有锌盐、镁盐和钴盐等。而添加剂多种多样,大多为树脂类添加剂。不同加工助剂改善性能的侧重点也不同:有的侧重促进炭黑分散,有的侧重改善胶料后续加工性能,有的侧重提高胶料某些物理性能。无论何种加工助剂,在橡胶加工过程中均起内润滑作用,以减少橡胶大分子链间的内摩擦,降低混炼胶粘度,促进炭黑及其它小料在橡胶中的分散,改善胶料的均一性及加工工艺性能,而它们对橡胶大分子链本身不产生破坏作用。我厂对几种加工助剂进行了应用试验研究,现介绍如下。
1 实验
1.1 主要原材料
ＮＲ,3#烟胶片,进口产品;ＳＢＲ1500,齐鲁石化公司产品;ＢＲ,北京燕山石化公司产品;炭黑Ｎ234,天津炭黑厂产品;Ｔ4,Ｔ311加工助剂,台湾统景公司产品;Ｍ 40分散剂,台湾首立公司产品;Ｚ 210加工助剂,北京橡胶工业研究设计院产品;增塑剂Ａ,武汉泾河化工厂产品;ＲＦＪ 2加工助剂,浙江兰溪市拜高化工有限公司提供;其它为生产常用原材料。
1.2 主要设备和仪器
本伯里1.57Ｌ密炼机;ＰＮ370密炼机;ＸＭ 140/20密炼机;Φ160×20开炼机;ＸＱ 250橡胶拉力试验机;140ｔ平板硫化机;仿Ｚ116弹性试验机;ＣＰ 25冲片机;Ｍ 1500门尼粘度计;ＭＨ 74磨耗机;ＰＬ 140疲劳试验机;Ｒ 100Ｓ硫化仪;40倍光学显微镜。
1.3 试样制备
小配合试验胶料在本伯里1 57Ｌ密炼机中加工,转子转速为60ｒ·ｍｉｎ-1。加工助剂与生胶一起加入,混炼周期为6. 5ｍｉｎ。硫黄、促进剂在Φ160×20开炼机上加入,最后薄通3次下片。大配合母胶在ＰＮ370密炼机中加工。加工助剂随小料一起加入,二段加硫黄在ＸＭ 140/20密炼机中进行。
1.4 测试胶料各项物理性能
测试按常规试验方法进行。胶料炭黑分散度测试:用刀片切取15ｍｍ×5ｍｍ×2ｍｍ混炼胶,然后放在40倍显微镜下观察断面情况并定级。成品耐久性试验:取1条9 00-2016ＰＲ轮胎,在机床上按常规方法跑坏为止。
2 结果与讨论
2.1 小配合试验考虑到加工助剂对炭黑分散有促进作用,但其价格较高,在胎冠胶配方中应用加工助剂的同时,增大炭黑和芳烃油的用量做小配合试验。试验结果如表1所示。从表1可以看出,几种加工助剂对胶料的强伸性能影响相当。Ｚ 210对降低胶料门尼粘度最明显,ＲＦＪ 2最差。Ｔ4与Ｔ311并用时,硫化胶100℃×24ｈ老化前、后的耐磨耗性最好;不足之处是影响胶料门尼焦烧和硫化速度,使焦烧时间缩短、硫化速度加快。据介绍,Ｔ4为分散型加工助剂,而Ｔ311为改善后续加工型加工助剂,两者并用有利于改善胶料的综合性能。Ｔ4与Ｔ311均为不饱和酸盐,活性较高。加工助剂用量为1～2份时,配方中促进剂用量应减少25%左右。
2.2 大配合试验
为考察不同加工助剂对混炼工艺及胶料性能的影响,在正常胎冠胶生产配方中分别加入1 5份加工助剂。混炼在ＰＮ370密炼机中进行,加工助剂与生胶、小料一起加入。采用相同时间微机自动控制炼胶工艺,打印机记录工艺情况。试验结果如表2所示。
从表2可以看出,与空白胶料相比,加入加工助剂的胶料炭黑分散度数字等级提高0.5～1.0;门尼粘度均有不同程度降低,其中加入Ｚ 210、增塑剂Ａ的降幅较大;门尼焦烧时间缩短,硫化速度略有加快;拉伸强度和300%定伸应力略有下降,但降幅不大。这是因为加工助剂作为内润滑剂对胶料具有一定的软化作用;从微机打印记录统计结果看,在相同的混炼时间下,排胶温度略有下降,但功率消耗变化不大。如欲降低功率消耗,需缩短炼胶周期或较大幅度降低混炼温度,但需保证胶料炭黑分散度不降低。
2.3 成品试验为了考察加工助剂对轮胎成品耐久性能的影响,选取首立公司提供的Ｍ 40及武汉泾河化工厂生产的增塑剂Ａ分别加入到载重轮胎胎冠、胎面基部和缓冲层胶中,挤出大料并取1条9.00-2016ＰＲ成品轮胎做耐久性试验。试验结果如表3所示。
从表3可以看出,与空白胶料相比,加入Ｍ 40和增塑剂Ａ后胶料分散度、缓冲层粘合强度提高,门尼粘度下降。胶料的其它物理性能变化不明显。此规律与表2所示试验结果相同。加入Ｍ 40/增塑剂Ａ的胶料挤出后胎面半成品表面光滑平整,断面致密。用红外温度计测得挤出出口温度下降3～4℃,胶料加工性能得到明显改善。成品耐久性试验时间达96.50ｈ,比正常轮胎提高6%～7%。加工助剂能使炭黑分散性得以改进,对提高成品耐久性能具有一定的效果。
3 结论
(1)Ｍ 40,Ｔ4,Ｔ311,Ｚ 210和增塑剂Ａ等加工助剂能有效提高胶料炭黑分散度,降低混炼胶粘度及挤出生热,明显提高胶料的加工工艺性能。
(2)在载重轮胎胎冠、胎面基部及缓冲层胶料中加入1～2份加工助剂,对提高成品耐久性能有一定作用,可使耐久性能提高6%～7%。
(3)使用加工助剂后,胶料的门尼焦烧时间缩短。同时,作为内润滑剂,加工助剂对胶料有一定的软化作用。
(4)使用加工助剂后,可适当缩短混炼周期,从而可提高生产效率、降低功率消耗。由于加工助剂的价格较高,在实际使用中需综合考虑胶料的成本和性能。在一些高填充、高硬度、高粘度、高ＳＲ用量的胶料配方中,加工助剂具有一定的使用价值。 |
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