橡膠增強劑Create-E1在工程機械輪胎膠料中的應用

陳 延

（中國化工橡膠桂林有限公司技術中心，廣西 桂林 541004）

在橡膠制品原料中生膠和炭黑的用量最大。隨著石油危機的出現，依托于石油資源的炭黑等原料產量受到很大制約，人們越來越重視能替代炭黑的無機材料的研究和應用。橡膠增強劑Creat-E1（簡稱增強劑Creat-E1）是一種與白炭黑組成相似的新型橡膠補強劑，它是以富硅含量的天然礦石為原料，通過超細研磨和科學改性制成的無機粉體填料，具有獨特的鱗片狀結構，粒徑約10 μm，二氧化硅含量約80%。增強劑Creat-E1在橡膠中具有良好的分散性和補強性能，膠料加工性能良好，其已在摩托車輪胎、自行車輪胎等橡膠制品膠料中廣泛應用。推廣應用這種高二氧化硅含量的新型無機粉體材料對節能降耗和保護環境具有積極意義。本工作對增強劑Creat-E1替代部分炭黑在工程機械輪胎氣密層膠、胎側膠和內層簾布膠中的應用進行了研究。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR20，云南高深橡膠有限公司產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1502E，中國石油蘭州石化公司產品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化北京燕山石化公司產品；氯化丁基橡膠（CIIR），牌號1066，埃克森美孚化工有限公司產品；丁基再生膠，牌號RR02，南通回力橡膠有限公司產品；增強劑Creat-E1，寧波卡利特新材料有限公司產品；易分散白炭黑，牌號JINSIL 700，山東金能科技股份有限公司產品。

1.2 配方

工程機械輪胎氣密層膠、胎側膠和內層簾布膠配方分別見表1～3。

表1 氣密層膠配方 份

1.3 主要設備與儀器

Φ160×320型開煉機，廣東省湛江機械廠產品；BB-2型和BB370型密煉機，日本神戶制鋼公司產品；GK-270型密煉機，上海昊華橡膠機械廠產品；EKT-2001MC型門尼粘度儀，曄中科技有限公司產品；100S型硫化儀，美國孟山都公司產品；XLB2Q型平板硫化機，浙江湖州宏圖機械有限公司產品；微機控制拉力試驗機，廣西師范大學秀峰電器廠產品；PL-140型橡膠疲勞試驗機，上海非金屬試驗機廠產品。

表2 內層簾布膠配方 份

表3 胎側膠配方 份

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料混煉分2段進行。一段混煉在BB-2型密煉機中進行，混煉工藝為：生膠→小料炭黑、增強劑Creat-E1和油清掃排膠。二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→薄通4次→下片。

大配合試驗膠料混煉分2段進行。一段混煉在BB370型密煉機中進行，轉子轉速55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→小料和增強劑Creat-E1壓壓砣提壓砣→炭黑→壓壓砣提壓砣→膠（20 s）。二段混煉在GK-270型密煉機中進行，混煉工藝為：轉子轉速30 r·min-1，一段混煉膠→硫黃和促進劑→壓壓砣轉子轉速20 r·min-1，提壓砣壓壓砣提壓砣壓壓砣排膠（20 s）。

1.5 性能測試

膠料性能均按照相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

增強劑Creat-E1的理化指標見表4。經國家有色金屬桂林礦產地質測試中心檢測，增強劑Creat-E1的二氧化硅含量（74.68%）和其它理化性能符合企業標準要求。

表4 增強劑Creat-E1理化指標

2.2 小配合試驗

2.2.1 氣密層膠

氣密層膠的性能見表5。在氣密層膠中，用30份增強劑Creat-E1替代10份炭黑N330的A2配方膠料含膠率由44.20%降至40.62%，用90份Creat-E1替代30份炭黑N660的A3配方膠料的含膠率由44.20%降至34.94%。從表5可以看出，與A1配方膠料相比，A2和A3配方膠料的ts2縮短，門尼粘度和拉斷永久變形增大，撕裂強度減小，其余性能變化不大。

表5 小配合試驗氣密層膠性能

根據生產經驗，氣密層膠的門尼粘度較小時，成品輪胎易出現胎里露線的問題。使用90份增強劑Creat-E1的膠料門尼粘度增大，有利于避免胎里露線問題，雖然焦燒時間有所縮短，但仍在工藝安全范圍內。

2.2.2 內層簾布膠

內層簾布膠性能見表6。從表6可以看出：與B1配方膠料相比，用10份增強劑Creat-E1替代白炭黑的B2配方膠料的300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度、耐疲勞性能及與簾布的粘合性能均下降；用12份增強劑Creat-E1替代10份炭黑N660的B3配方膠料的效果較好，硫化特性相近，膠料與簾布粘合強度提高，300%定伸應力、拉伸強度和撕裂強度稍有下降，其余性能相近；用25份增強劑Creat-E1替代白炭黑和10份炭黑N660的B4配方膠料的門尼粘度減小，硫化特性相近，彈性較好，壓縮生熱較低，其余性能比B1配方膠料有所降低。

表6 小配合試驗內層簾布膠性能

2.2.3 胎側膠

胎側膠性能見表7。從表7可以看出，C2配方與C3配方膠料性能均優于C1和C4配方膠料，C2配方膠料老化后強伸性能優于C3配方膠料，但C3配方膠料老化后的耐疲勞性能優于C2配方膠料，疲勞次數為C1配方膠料的3倍左右。輪胎的使用過程是一個逐步老化的過程，老化后的性能顯得更為重要。從成本上考慮，C2配方中增強劑Creat-E1用量為30份，而C3配方中增強劑Creat-E1用量為40份，顯然C3配方膠料更具成本優勢。綜合膠料性能與生產成本，C3配方更具優勢。

表7 小配合試驗胎側膠性能

2.3 大配合試驗

根據小配合試驗結果，選擇胎側膠配方進行大配合試驗，NR/SBR/BR并用比調整為36.5/36.5/27，增強劑Creat-E1用量為32份，主要目的是提高膠料工藝性能，保證膠料拉伸強度，保證膠料撕裂強度在要求范圍內。

大配合試驗膠料性能見表8。從表8可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的硬度、300%定伸應力和拉伸強度稍大，H抽出力和疲勞次數較大。

表8 大配合試驗膠料性能

2.4 加工性能

大配合試驗膠料煉膠工藝性能良好，膠料結團性好，無粘輥現象，膠片光滑。胎側膠擠出過程無異常，半成品表面良好。成型過程中與簾布筒胎坯粘合良好，輪胎成品無缺膠，胎側光滑。

2.5 耐天候老化試驗

為進一步考察增強劑Creat-E1對膠料耐老化性能的影響，取大配合試驗配方膠料與生產配方膠料的硫化試片同時放置于室外，經過約半年時間的觀察，試樣均未出現異常。

2.6 成本分析

根據我公司的采購成本計算，原配方胎側膠每千克成本為9.440元，使用增強劑Creat-E1后胎側膠每千克成本為9.205元，即胎側膠每千克成本減小0.23元。

3 結語

新型環保無機增強劑Creat-E1在工程機械輪胎膠料中雖然不能完全替代炭黑和白炭黑，但是根據輪胎各部件的性能要求，可以部分替代部分炭黑或/和白炭黑，以在提高膠料性能的基礎上有效地降低生產成本。