濕法白炭黑天然橡膠母膠在全鋼載重子午線輪胎中的應用

陸 銘，巫 超，王 婷，丁愛武，李花婷，李德新

（1.北京橡膠工業研究設計院，北京 100143；2.中國化工橡膠桂林輪胎有限公司，廣西 桂林 541004；3.海南天然橡膠產業集團股份有限公司，海南 海口 570105）

白炭黑是綠色輪胎的理想填料，將其應用于輪胎，可以降低膠料的生熱和滯后以及輪胎的滾動阻力，并且節約燃料。但由于白炭黑粒子比表面積較大、表面自由能高、表面原子數目多且極不穩定，易與其他原子結合，因此當白炭黑用量較大時，采用傳統干法混煉工藝很難使白炭黑均勻分散到橡膠材料中。在實際應用中，通過加入偶聯劑來提高白炭黑的分散程度，但仍需采用多段煉膠工藝，耗能耗時。

為解決此技術難題，北京橡膠工業研究設計院（以下簡稱北橡院）采用濕法混煉工藝制備了濕法白炭黑天然橡膠（NR）母膠（以下簡稱濕法母膠）。濕法母膠是將白炭黑漿液與NR膠乳通過共混、共凝、縐片、造粒、干燥等制成。

本工作是中國化工橡膠桂林輪胎有限公司將北橡院制備的濕法母膠用于全鋼載重子午線輪胎的胎面膠、基部膠和帶束層膠配方中，并對其進行應用性能評價。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產品；炭黑N121，N234，N375和N330以及白炭黑，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；硅烷偶聯劑，江西南昌贛宇有機硅有限公司產品。

濕法母膠：10#，20#和30#分別為100份NR中加入10，20和30份白炭黑，北橡院提供。

1.2 配方

1.2.1 基本配方

（1）NR標準配方（GB/T 15340—2008《天然、合成生膠取樣及制樣方法，配方2》）：生膠 100，氧化鋅 6，硬脂酸 0.5，硫黃 3.5，促進劑NS 0.7。

（2）北橡院推薦配方：濕法母膠 110（或120，130），氧化鋅 5，硬脂酸 1.5，防老劑4020 0.8，硫黃 1.5，促進劑CZ 1.3。

1.2.2 實用配方

將濕法母膠用于全鋼載重子午線輪胎，實用配方分別采用高速胎面膠配方、礦山胎面膠配方、基部膠配方和帶束層膠配方，具體配方組分示于表1—4。

表1 高速胎面膠配方 份

表2 礦山胎面膠配方 份

表3 基部膠配方 份

表4 帶束層膠配方 份

1.3 主要設備和儀器

BB2型密煉機，日本神戶制鋼公司產品；Φ160 mm×320 mm開煉機，廣東湛江機械廠產品；XLB2Q型平板硫化機，浙江湖州宏圖機械有限公司產品；T-10型橡膠電子拉力試驗機、MV2000型門尼粘度計、Y-25型壓縮疲勞試驗機和HZXJ-005型阿克隆磨耗機，中國臺灣高鐵科技有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝混煉，一段混煉工藝為：生膠或濕法母膠氧化鋅、硬脂酸、防，停放4 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠→促進劑、硫黃→薄通5次→下片。

1.5 性能測試

膠料性能按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

從母膠產品中隨機取3個點對濕法母膠灰分質量分數進行測試，測試結果見表5。

表5 濕法母膠灰分質量分數測試結果

從表5可以看出，濕法母膠10#，20#和30#的3個測試結果均非常接近，且都在產品指標范圍內，表明白炭黑在濕法母膠中的分布非常均勻。

2.2 基本配方性能對比

2.2.1 NR標準配方

NR標準配方膠料性能測試結果見表6。

從表6可以看出：隨著硫化時間的延長，膠料的拉伸強度呈下降趨勢；隨著白炭黑比例的增加，膠料具有硬度增大、拉伸強度減小的趨勢，但拉伸強度均在20 MPa以上。

表6 NR標準配方膠料性能

2.2.2 北橡院推薦配方

北橡院推薦配方膠料性能測試結果見表7。

從表7可以看出：隨著硫化時間的延長，膠料的拉伸強度同樣呈下降趨勢；隨著白炭黑比例增加，膠料的硬度呈增大趨勢；在相同硫化條件下，濕法母膠20#的拉伸強度最大，濕法母膠30#次之，濕法母膠10#最低，表明白炭黑用量增大，可有效補強膠料，但用量較大時反而降低拉伸強度。北橡院推薦配方膠料性能明顯優于NR標準配方膠料性能。

表7 北橡院推薦配方膠料性能

2.3 實用配方性能對比

2.3.1 高速胎面膠

高速胎面膠性能測試結果見表8。

從表8可以看出：1#和3#配方膠料的硬度相當，2#配方膠料略低；2#配方膠料的拉伸強度高于1#和3#配方膠料，且老化后拉伸強度均有所下降；老化前2#配方膠料的生熱和壓縮永久變形較低，1#和2#配方膠料的耐磨性和抗切割性相當；老化后3個配方膠料的耐磨性和抗切割性均下降。

表8 高速胎面膠性能

總之，濕法母膠在高速胎面膠配方中的性能與干法加白炭黑配方膠料的性能相當。

2.3.2 礦山胎面膠

礦山胎面膠性能測試結果見表9。

從表9可以看出：5#配方膠料的硬度較低；4#和6#配方膠料的拉伸強度相當，5#配方膠料略高；老化前5#和6#配方膠料的撕裂強度明顯高于4#配方膠料，表明濕法母膠可以提高膠料的抗撕裂性能；5#配方膠料的切割減量低于4#和6#配方膠料，表明在礦山胎面膠中加入濕法母膠可以提高膠料的抗切割性能。

表9 礦山胎面膠性能

2.3.3 基部膠

基部膠性能測試結果見表10。

從表10可以看出：3個配方膠料的硬度、拉伸強度和拉斷伸長率相當；老化前7#和8#配方膠料的撕裂強度相當，且明顯低于9#配方膠料；3個配方膠料的生熱較低，其中8#配方膠料最低。

表10 基部膠性能

2.3.4 帶束層膠

帶束層膠性能測試結果見表11。

從表11可以看出：10#和11#配方膠料的拉伸強度、拉斷伸長率和回彈值相當，且略高于12#配方膠料；3個配方膠料的H抽出力相當。數據表明，濕法母膠應用于帶束層膠中，與干法加入白炭黑的膠料性能相當。

表11 帶束層膠性能

3 結論

（1）在基本配方中，濕法母膠隨著硫化時間的延長，膠料的拉伸強度呈下降趨勢；隨著白炭黑比例的增加，膠料的硬度呈增大趨勢。

（2）在高速胎面膠和礦山胎面膠配方中，20#母膠配方膠料的拉伸強度和撕裂強度較高，抗切割性能較好。

（3）在基部膠配方中，20#母膠配方膠料的生熱最低，表明加入120份濕法母膠可以明顯降低膠料的生熱。

（4）在帶束層膠配方中，3個配方膠料的H抽出力相當。

綜上所述，濕法母膠膠料的性能與干法加入白炭黑的膠料基本相當，可以滿足全鋼載重子午線輪胎配方的使用要求。