硫黃預(yù)分散母料在輪胎胎面膠中的應(yīng)用

周宏斌，王寶金，石 超，丁元強(qiáng)

（怡維怡橡膠研究院有限公司，山東 青島 266045）

硫黃是橡膠最常用的交聯(lián)劑，硫黃與橡膠的反應(yīng)程度決定膠料的物理性能。作為硫化體系助劑，硫黃、促進(jìn)劑和硫化活性劑分散得越好，橡膠制品性能也越好。硫化活性劑一般在一段混煉時(shí)加入，分散比較均勻；為防止焦燒，硫黃和促進(jìn)劑一般在終煉時(shí)加入，此時(shí)硫黃較難分散，導(dǎo)致硫化橡膠制品表面易出現(xiàn)粒狀物。解決硫黃分散問題常用的方法是把硫黃制備成預(yù)分散母料[1-2]。本工作考察粒狀和片狀硫黃預(yù)分散母料在輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

粒狀硫黃預(yù)分散母料（直徑6～8 mm，長(zhǎng)度10～15 mm），硫黃含量指標(biāo)80%，載體丁苯橡膠（SBR）；粉末硫黃，青島金玉棱實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品。促進(jìn)劑NS，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

S-144DR型硫黃測(cè)定儀，LECO公司產(chǎn)品；F270型密煉機(jī)，英國法雷爾公司產(chǎn)品；MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XLB-D600×600型平板硫化機(jī)，浙江湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；INSTRON3366型拉力機(jī)，英斯特朗公司產(chǎn)品；LX-A型邵氏硬度計(jì)，上海六菱儀器廠產(chǎn)品。

1.3 配方

采用11.00R20全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方考察粉末硫黃和硫黃預(yù)分散母料的性能，配方如表1所示。

表1 配方 份

1.4 混煉工藝

密煉機(jī)壓砣壓力0.6 MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速20 r·min-1，轉(zhuǎn)子、密煉室和卸料門冷卻水溫度（25±5）℃。混煉工藝為：加入母煉膠、粉末硫黃或硫黃預(yù)分散母料、促進(jìn)劑→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣40 s→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度105 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

硫黃含量采用硫黃測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)試，燃燒溫度1350 ℃，試樣中加入硫化鋅作稀釋劑，使稀釋試樣硫黃含量小于60%。試樣的硫黃含量計(jì)算公式如下：

S=S1×（A+B）/A

式中，S為試樣硫黃含量，%；S1為試樣與硫化鋅混合物的硫黃含量，%；A為試樣質(zhì)量，g；B為硫化鋅質(zhì)量，g。

膠料性能按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫黃預(yù)分散母料的硫黃含量

隨機(jī)抽取20個(gè)硫黃預(yù)分散母料試樣，檢測(cè)其硫黃含量，結(jié)果見圖1。從圖1可以看出，20個(gè)試樣的硫黃含量都在79.9%～80.8%之間，說明該批次的硫黃預(yù)分散母料硫黃含量符合（80±1）%的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，硫黃預(yù)分散母料質(zhì)量均勻。

圖1 20個(gè)硫黃預(yù)分散母料試樣的硫黃含量

2.2 硫黃預(yù)分散母料對(duì)膠料性能影響

將粒狀硫黃預(yù)分散母料在開煉機(jī)上壓制成長(zhǎng)20 cm、寬10 cm、厚6～8 mm的片狀硫黃預(yù)分散母料。再分別用硫黃、粒狀和片狀硫黃預(yù)分散母料制備胎面膠。從每種膠料的不同位置裁切8個(gè)試片，分別測(cè)試其硫化特性和物理性能，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2.2.1 硫化特性

1#～3#配方膠料的硫化特性參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差見表2。從表2可以看出：與添加粉末硫黃的1#配方膠料相比，添加硫黃預(yù)分散母料的2#配方和3#配方膠料硫化特性參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，說明硫黃預(yù)分散母料在膠料中的分散性較好。這是由于硫黃預(yù)分散母料的載體為SBR，SBR與NR的溶解度參數(shù)相近[3]，容易共混，因此硫黃預(yù)分散母料比粉末硫黃在膠料中的分散速度更快，分散性更好。從表2還可以看出，與添加片狀硫黃預(yù)分散母料的3#配方膠料相比，添加粒狀硫黃預(yù)分散母料的2#配方膠料的硫化特性參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)偏差更小，這是由于片狀硫黃預(yù)分散母料與膠料接觸面積相對(duì)較小，在膠料中的分散性相對(duì)較差。

表2 膠料硫化特性參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差（195 ℃）

2.2.2 物理性能

1#～3#配方膠料的物理性能及其標(biāo)準(zhǔn)偏差見表3。從表3可以看出：除3#配方膠料拉斷伸長(zhǎng)率略大以外，3種膠料的物理性能無明顯差異。與1#配方膠料相比，2#和3#配方膠料的物理性能標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，說明硫黃預(yù)分散母料在膠料中的分散性更好，膠料物理性能更穩(wěn)定。

表3 膠料物理性能及其標(biāo)準(zhǔn)偏差

2.3 輪胎質(zhì)量

由于粉末硫黃在混煉時(shí)會(huì)不可避免地飛揚(yáng)到壓砣上或夾在卸料門縫隙里，長(zhǎng)時(shí)間會(huì)形成硫黃顆粒，排膠時(shí)落到膠料中，在后續(xù)加工中無法分散，導(dǎo)致出現(xiàn)輪胎次品。

2014年1-5月我公司11.00R20輪胎次品數(shù)量見圖2。其中，2014年1-2月胎面膠使用粉末硫黃，3-5月胎面膠使用粒狀硫黃預(yù)分散母料。從圖1可以看出：在胎面膠中使用硫黃預(yù)分散母料后，我公司輪胎次品數(shù)量明顯減小，說明硫黃預(yù)分散母料替代粉末硫黃用于胎面膠中能明顯提高輪胎質(zhì)量。

圖2 2014年1-5月我公司輪胎次品數(shù)量

3 結(jié)論

（1）與粉末硫黃相比，硫黃預(yù)分散母料在膠料中的分散性較好。

（2）與片狀硫黃預(yù)分散母料相比，粒狀硫黃預(yù)分散母料與膠料接觸面積較大，在膠料中的分散性較好。

（3）硫黃預(yù)分散母料膠料物理性能和粉末硫黃膠料相近，物理性能更穩(wěn)定。

（4）硫黃預(yù)分散母料替代粉末硫黃用于胎面膠中能明顯提高輪胎質(zhì)量，減少粉末硫黃因分散不良產(chǎn)生的輪胎次品數(shù)量。