湿法氧化锌HR30在全钢载重子午线轮胎胎侧胶和胎冠胶中的应用

2021-07-20周重

轮胎工业 2021年10期

关键词：胶料氧化锌炭黑

周重

（山东永盛橡胶集团有限公司，山东东营 257335）

氧化锌是橡胶重要的硫化活性剂，行业年使用量已超过120万t[1-5]。近几年来氧化锌的价格不断上涨，导致轮胎成本上升。因此选用一种价格比较低廉而又不影响轮胎质量的新型氧化锌品种刻不容缓[6-8]。

湿法氧化锌HR30具有高比表面积、高分散性、低重金属含量等优点[9-10]，可减小胶料中锌含量及其他重金属的排放量，从环境保护角度来讲意义重大。

本工作主要研究湿法氧化锌HR30在全钢载重子午线轮胎胎侧胶和胎冠胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SMR20，马来西亚产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化燕山石化公司产品；湿法氧化锌HR30，国外进口产品；炭黑N375和炭黑N234，龙星化工有限公司产品；白炭黑，山东银宝炭黑有限公司产品。

1.2 配方

1.2.1 胎侧胶

生产配方：NR 50，BR 50，炭黑N375 50，普通氧化锌 3，硬脂酸 2，芳烃油 8，防老剂5，树脂 2.5，硫黄 1.5，促进剂 0.9。

试验配方：用1.5份湿法氧化锌HR30代替3份普通氧化锌，其他组分及用量同生产配方。

1.2.2 胎冠胶

生产配方：NR 100，炭黑N234 43，白炭黑10，普通氧化锌 4，硬脂酸 2，芳烃油 3，防老剂 3，硫黄 1.7，促进剂 1.4，其他 3。

试验配方：用2份湿法氧化锌HR30代替4份普通氧化锌，其他组分及用量同生产配方。

1.3 主要设备和仪器

GK400型和GK255型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；X（S）K-160型开炼机和XLB-Q600×600×3型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂有限公司产品；Φ250/Φ150型双复合挤出机，桂林天河橡胶机械有限公司产品；MDR2000型硫化仪、MV2000型门尼粘度仪和T2000型拉力机，美国阿尔法科技有限公司产品。

1.4 混炼工艺

（1）小配合生产胶料和试验胶料在实验室开炼机上混炼，辊筒速比为1∶1.35。混炼加料顺序如下：生胶→氧化锌等小料→炭黑→芳烃油→促进剂和硫化剂→下片。

（2）大配合生产胶料和试验胶料采用自动混炼工艺分两段混炼。一段混炼在GK400型密炼机中进行，二段混炼在GK255型密炼机中进行。

胎侧胶一段混炼转子转速为48 r·min-1，混炼工艺如下：生胶和炭黑（55 s）→芳烃油（30 s）→提压砣清扫→压压砣（45 s或160 ℃）→排胶。二段混炼转子转速为20 r·min-1，混炼工艺如下：一段混炼胶和小料（40 s）→提压砣清扫→压压砣（30 s）→提压砣清扫→压压砣（30 s或100 ℃）→排胶。

胎冠胶一段混炼转子转速为45 r·min-1，混炼工艺如下：生胶和炭黑（55 s）→芳烃油（25 s）→提压砣清扫→压压砣（45 s或160 ℃）→排胶。二段混炼转子转速为20 r·min-1，混炼工艺如下：一段混炼胶和小料（40 s）→提压砣清扫→压压砣（30 s）→提压砣清扫→压压砣（30 s或100 ℃）→排胶。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

湿法氧化锌HR30与普通氧化锌理化性能对比如表1所示。

表1 湿法氧化锌HR30与普通氧化锌理化性能对比

从表1可以看出，与普通氧化锌相比，湿法氧化锌HR30的氧化锌含量较小，BET比表面积大，说明其化学活性高，能提高胶料的物理性能，缩短硫化时间，还能降低锌及其他重金属的排放量，有利于环保。

2.2 湿法氧化锌HR30在胎侧胶中的应用

胎侧胶小配合和大配合试验结果分别见表2和3。

表2 胎侧胶小配合试验结果

表3 胎侧胶大配合试验结果

从表2和3可以看出，试验配方胶料与生产配方胶料的门尼粘度、门尼焦烧时间、硫化特性以及老化前后的物理性能均相当。说明在胎侧胶配方中使用1.5份湿法氧化锌HR30代替3份普通氧化锌对胶料的硫化特性和物理性能无影响。

2.3 湿法氧化锌HR30在胎冠胶中的应用

借鉴湿法氧化锌HR30在胎侧胶中使用的情况，在胎冠胶中进行了进一步应用试验。胎冠胶大配合试验结果如表4所示。

表4 胎冠胶大配合试验结果

从表4可以看出，试验配方胶料与生产配方胶料的各项性能均相当。说明在胎冠胶中使用2份湿法氧化锌HR30代替4份普通氧化锌完全可行。

2.4 工艺性能

使用胎侧胶和胎冠胶的试验配方胶料进行工艺性能验证，在双复合挤出机生产胎侧和胎冠半成品时挤出机的电流与正常生产时相当，半成品表面光滑，尺寸稳定，满足实际生产工艺要求。

2.5 成品轮胎耐久性能

用胎侧胶和胎冠胶生产配方和试验配方胶料分别生产了一批11.00R20全钢载重子午线轮胎，按国家标准进行室内耐久性试验。试验轮胎和生产轮胎的累计行驶时间分别为84.28和85.33 h，试验结束时轮胎损坏形式均为肩空。国家标准规定轮胎耐久性试验时间超过77 h即达到优级品要求。试验得出，生产轮胎与试验轮胎耐久性能相当，均达到国家标准优级品水平。