白炭黑加工改質劑ATE-W在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用

2015-07-31 05:35:52陳慧

橡膠科技 2015年4期

陳慧

（江蘇愛特恩高分子材料有限公司，江蘇常州 213164）

白炭黑部分或全部替代炭黑用于綠色輪胎胎面膠中，可以降低輪胎的滾動阻力、提高輪胎的抗刺扎性能、抗崩花掉塊性能和抗濕滑性能[1-2]。白炭黑雖然賦予胎面膠良好的性能，但由于其分子極性強，與烴類橡膠分子相容性差，在膠料中不易分散，加工性能差，因此其在胎面膠中的應用受到很大的限制。

為了提高白炭黑在膠料中的分散性和加工性能，國內外對白炭黑進行了預分散處理、超細納米化處理、改性處理的研究，開發了提高白炭黑分散性的加工助劑，例如德國S&S公司的白炭黑分散劑EF44（脂肪酸酯和鋅皂與各種表面活性劑的混合物）、德國萊茵公司的白炭黑分散劑ST（特殊鋅皂、烴類與填料的混合物）和GT（特定相對分子質量分布的脂肪酸鋅皂）、我國陽谷華泰化工股份有限公司的白炭黑分散劑HST、江蘇愛特恩高分子材料有限公司的白炭黑加工改質劑ATE-W等。

白炭黑加工改質劑ATE-W的主要成分是經表面處理過的具有層疊交織網狀結構的有機酸酯分子，可明顯改善白炭黑膠料的加工性能，提高白炭黑在膠料中的分散性。本工作主要研究白炭黑加工改質劑ATE-W在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

丁苯橡膠（SBR），牌號1712，充高芳烴油37.5份，中國石化齊魯石油化工公司產品；白炭黑，確成硅化學股份有限公司產品；白炭黑分散劑ST，德國萊茵化學公司產品；白炭黑加工改質劑ATE-W，江蘇愛特恩高分子材料有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

XSM-1/10~120型密煉機，大連大通偉業橡塑機械有限公司產品；GK270型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；XSK-160型開煉機，上海第一橡膠機械廠產品；900×900三層平板硫化機，青島嘉瑞橡膠機械有限公司產品；GT-7080-S2型門尼粘度計、GT-M2000-A型密閉模硫化儀和GT-7012-D型阿克隆磨耗試驗機，臺灣高鐵科技股份有限公司產品；JSM670F型掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子株式會社廣州事務所產品；AGS-5KN型拉力試驗機，珠海市三思泰捷電氣設備有限公司產品；DMA242型動態熱力學分析儀，北京清大智杰科技有限責任公司產品。

1.3 配方

1.3.1 小配合試驗

T1配方：天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR），30/96.25；白炭黑，65；炭黑N330，6；氧化鋅，5；硬脂酸，2；偶聯劑Si69，6.5；防老劑4020和RD，3；防護蠟，1；操作油，6；硫黃和促進劑D/CZ，5；其它，4；合計，229.75。

T2配方：白炭黑分散劑ST，3；其余組分同T1配方；合計，232.75。

T3配方：白炭黑加工改質劑ATE-W，3；其余組分同T1配方；合計，232.75。

1.3.2 大配合試驗

A1配方：NR/SBR1712，30/96.25，炭黑N330，45；白炭黑，10；氧化鋅，5；硬脂酸，2；偶聯劑Si69，1；防老劑，3；其它，8.5；合計，200.75。

A2配方：白炭黑加工改質劑ATE-W，3；其余組分同A1配方；合計，203.75。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

膠料混煉采用3段工藝進行，一段和二段混煉在XSM-1/10~120型密煉機中進行，轉子轉速為60 r·min-1，三段混煉在開煉機上進行。為了達到理想的效果，白炭黑、白炭黑分散劑和偶聯劑應在其它配合劑之前加入，以防止其它配合劑占據白炭黑表面而使其活性受到影響或被其它配合劑吸收。

一段混煉工藝為：生膠→1/2白炭黑、1/2偶聯劑、1/2操作油、白炭黑分散劑、硬脂酸→剩余1/2白炭黑、剩余1/2偶聯劑、剩余1/2操作油、氧化鋅、防護蠟、防老劑→排膠（溫度135~140 ℃）→停放24 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠排膠（溫度135~140 ℃）→停放24 h；三段混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進劑→薄通→下片。

1.4.2 大配合試驗

膠料混煉采用2段工藝進行。一段、二段和三段混煉均在GK270型密煉機中進行，一段和二段混煉轉子轉速為40 r·min-1；三段轉子轉速為20 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠→小料→白炭黑、2/3炭黑→操作油→排膠（溫度155~165 ℃）→停放4~8 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠→剩余1/3炭黑→排膠（溫度135~140 ℃）→停放4~8 h；三段混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進劑→排膠（溫度不高于105 ℃）→停放4~8 h。

1.5 性能測試

用流變儀測試混煉膠的注入速率，用動態熱力學分析儀測試硫化膠的動態力學性能，用SEM觀察白炭黑在膠料中的分散情況，膠料其它性能按照相應國家標準測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

白炭黑加工改質劑ATE-W的理化性能如表1所示。

從表1可以看出，白炭黑加工改質劑ATE-W的理化性能符合企業標準要求。

表1 白炭黑加工改質劑ATE-W的理化性能

2.2 小配合試驗

小配合試驗膠料性能見表2。

從表2可以看出：與T1配方膠料相比，添加白炭黑分散劑ST的T2配方膠料和添加白炭黑加工改質劑ATE-W的T3配方膠料的門尼粘度較小，注入速率較快，密煉機能耗較??；T3配方膠料加工性能略優于T2配方膠料，這是由于白炭黑加工改質劑ATE-W中的有機羧酸酯具有良好的塑解性、潤滑性以及與橡膠的相容性。

從表2還可以看出：與T1配方膠料相比，T2配方和T3配方膠料的ML較小，這與膠料的門尼粘度較小相對應；MH相當，t10和t90略長；硬度、定伸應力和拉伸強度略低，但相差不大；拉斷伸長率和撕裂強度較大，阿克隆磨耗量略小，生熱較低；0 ℃時的tanδ較大，60 ℃時的tanδ較小，說明膠料的抗濕滑性能較好，滾動阻力較低。

表2 小配合試驗膠料性能

3種小配合試驗膠料的SEM照片（放大3000倍）如圖1所示。從圖1可以看出：T1配方膠料中有多個未分散的白炭黑顆粒，添加白炭黑分散劑ST的T2配方和添加白炭黑加工改質劑ATE-W的T3配方膠料白炭黑分散性較好；與T2配方膠料相比，T3配方膠料的白炭黑分散性更好，即白炭黑加工改質劑ATE-W明顯改善了白炭黑顆粒在膠料中分散不均而產生的結團現象，這是由于白炭黑加工改質劑ATE-W中的羧酸基團對橡膠具有良好的浸潤性，降低了白炭黑的極性，使強極性物質在非極性橡膠中穩定分散，提高了其在白炭黑和橡膠界面的乳化分散功能。