環烷油在半鋼子午線輪胎胎側膠中的應用

張繼偉，李小光，劉義旗，宋曉麗

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

隨著歐盟對輪胎環保要求日益嚴苛，輪胎企業紛紛采用環保型軟化劑替代多環芳烴。目前常見的環保型軟化劑多為環保芳烴油（TDAE）和環烷油。由于環烷烴極性比鏈烷烴極性大，環烷油對強極性的天然橡膠（NR）和丁苯橡膠具有較好的相容性；同時，環烷油具有飽和的環狀碳鏈結構，且環狀碳鏈上通常連接飽和支鏈，這使得環烷油既具有芳烴油的性質，又不含毒性物質[1]，因此應用較廣。目前我國市場上的環烷油多為進口產品，本工作研究兩種進口環烷油在半鋼子午線輪胎胎側膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化燕山石化公司產品；炭黑N330，龍星化工股份有限公司產品；重質環烷油，牌號V700，進口產品；環烷油，牌號810，進口產品。

1.2 配方

配方見表1。

表1 配方 份

1.3 主要設備與儀器

BR1600型1.57 L密煉機，美國法雷爾公司產品；GK400和GK255N型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；Φ160 mm×320 mm開煉機，廣東湛江機械廠產品；MDR2000型無轉子硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產品；140 t平板硫化機，上海橡膠機械一廠產品；萬能材料試驗機，美國英斯特朗公司產品；動態力學性能分析（DMA）儀，德國GABO公司產品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料分兩段混煉。一段混煉在1.57 L密煉機中進行，轉子轉速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠→壓壓砣小料→炭黑→壓壓砣環烷油→壓壓砣清掃→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→下片→停放8 h。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料分3段混煉。一段混煉在GK400型密煉機中進行，轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠→小料→炭黑→壓壓砣環烷油→壓壓砣壓壓砣排膠→停放8 h。二段混煉在GK400型密煉機中進行，初始轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→壓壓 砣轉子轉速調為55 r·min-1→硫黃和促進 劑→壓壓砣轉子轉速調為40 r·min-1→排膠，停放8 h。三段混煉在GK255N型密煉機中進行，轉子轉速為25 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→壓壓砣壓壓砣壓壓砣排膠→停放8 h。

1.5 性能測試

膠料動態力學性能采用DMA儀測試，溫度為-60～+80 ℃，升溫速率為3 ℃·min-1，頻率為11 Hz，應變為0.2%。

膠料環保性能按照ISO 21461：2012《橡膠—硫化橡膠復合物中油芳香性的測定》進行測試，用核磁共振儀（NMR）測定多環芳烴的灣區氫。

膠料其他性能均按照相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

兩種環烷油的理化性能見表2。表中，PCA為稠環芳烴，PAHs為多環芳烴，CA為芳碳率，CN為環烷碳率，CP為鏈烷碳率。從表2可以看出：重質環烷油V700的運動粘度遠大于環烷油810，傾點遠高于環烷油810，這與其原油的重質環烷基組分較多有關，因此重質環烷油V700的輸送管道需配備加熱裝置加熱到70 ℃；兩種環烷油的PCA質量分數均小于0.03，8種PAHs含量小于10 mg·kg-1，滿足環保要求。

從表2還可以看出，與環烷油810相比，重質環烷油V700苯胺點較高，CA較大，說明其芳烴含量較大，與極性橡膠相容性較好[1]。

表2 兩種環烷油的理化性能

2.2 小配合試驗

2.2.1 膠料性能

小配合試驗膠料性能見表3。從表3可以看出，與添加環烷油810的2#配方膠料相比，添加重質環烷油V700的1#配方膠料300%定伸應力較小，拉斷伸長率略大，其他物理性能以及門尼粘度、硫化特性、耐疲勞性能、耐熱老化性能基本相當。

表3 小配合試驗膠料性能

2.2.2 動態力學性能

兩種環烷油膠料溫度與損耗因子（tanδ）的關系見圖1和表4。從圖1和表4可以看出：兩種環烷油膠料的tanδ差異非常小；與添加環烷油810的2#配方膠料相比，添加重質環烷油V700的1#配方膠料的-20～+70 ℃時的tanδ略小，這可能是由于重質環烷油V700的大分子物質較多，有利于減少小分子物質在橡膠內部滑移帶來的滯后損失，對降低膠料滾動阻力更有利。

圖1 兩種環烷油膠料的tanδ-溫度曲線

表4 兩種環烷油膠料在不同溫度下的tanδ

2.3 大配合試驗

大配合試驗結果見表5。從表5可以看出：兩種環烷油膠料的物理性能和耐疲勞性能基本相當；與添加環烷油810的2#配方膠料相比，添加重質環烷油V700的1#配方膠料耐熱老化性能略低。

表5 大配合試驗結果

2.4 成品性能

2.4.1 高速性能和耐久性能

用重質環烷油V700胎側膠試制195/65R15H AH01和215/65R16H AH01半鋼子午線輪胎，并按GB/T 4502—2009《轎車輪胎性能室內試驗方法》測試成品輪胎的高速性能和耐久性能，結果見表6。從表6可以看出，兩種成品輪胎的高速性能和耐久性能均符合國家標準要求，說明重質環烷油V700可以滿足半鋼子午線輪胎的需求。

表6 成品輪胎高速性能和耐久性能

2.4.2 環保性能

按照ISO 21461：2012測試的195/65 R15H AH01半鋼子午線輪胎胎側膠的灣區氫質量分數為0.08%，小于0.35%的限值，符合REACH法規附件XVII第50條的要求。

3 結論

（1）重質環烷油V700的芳烴含量大，與極性橡膠相容性好；其運動粘度也較大，管道輸送溫度需在70 ℃以上。

（2）重質環烷油V700膠料與環烷油810膠料的門尼粘度、硫化特性、物理性能和耐疲勞性能相當，-20～+70 ℃時的tanδ略小。

（3）采用重質環烷油V700胎側膠試制的半鋼子午線輪胎高速性能和耐久性能符合國家標準要求，且滿足環保要求。

（4）重質環烷油V700價格低于環烷油810，性價比較高。