聚炭增量劑SC-101在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用

裴 昆，李再琴，周 倩，許 敏

（八億橡膠有限責任公司，山東 棗莊 277800）

隨著橡膠技術的不斷發展，納米材料越來越多地應用于橡膠和輪胎中，如納米氧化鋅、碳納米管和納米填料等[1]。納米材料的納米粉體顆粒直徑小于100 nm，表面積大，納米粒子發生納米效應，具有強界面作用以及良好的力學性能[2]。但納米材料分散到橡膠中十分困難，其表面效應強烈，容易自我附聚、結團，在橡膠領域應用仍需不斷探索研究。

碳納米復合材料聚炭增量劑SC-101是一種多功能補強填料，解決了碳納米材料的團聚問題，可改善其在橡膠中的分散和界面結合能力，賦予膠料優異的抗撕裂性能和耐磨性能。在橡膠混煉階段，聚炭增量劑SC-101可與其他補強填料同時加入，在膠料中易于分散，流動性好，并能增強各類配合劑與橡膠基體的相容性。聚炭增量劑SC-101主要用于輪胎的胎面和胎側等，尤其是全鋼載重子午線輪胎和工程機械輪胎，可以降低混煉膠成本。

本工作研究聚炭增量劑SC-101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

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產品；炭黑N234，卡博特（中國）投資有限公司產品；白炭黑，無錫恒亨白炭黑有限責任公司產品；聚炭增量劑SC-101（理化指標：外觀 淺灰色粉末狀，pH值10.0±1.0，吸油值 0.2～0.6 mL·g-1，105 ℃揮發物質量分數 ≤0.01），青島四維化工有限公司產品。

1.2 試驗配方

試驗配方如表1所示。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設備和儀器

F370型密煉機、Ф710和Ф660型開煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產品；XK-150型開煉機，廣東湛江機械廠產品；門尼粘度儀、硫化儀、拉力測試機和DIN磨耗試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；邵氏A型硬度計和老化箱，江都市騰達試驗儀器廠產品。

1.4 混煉工藝

膠料采用SSM一次法混煉工藝，在F370型密煉機中進行，轉子轉速為50 r·min-1，壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：NR→壓壓砣（30 s）→提壓砣→小料、炭黑和聚炭增量劑SC-101→壓壓砣（115℃）→提壓砣→芳烴油→壓壓砣（145 ℃）→提壓砣（155 ℃）→排膠→在初級開煉機上混煉180 s→出膠（母煉膠）→在次級開煉機上混煉760 s→下片→冷卻（終煉膠）。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 大配合試驗

為驗證聚炭增量劑SC-101的補強性能，采用添加聚炭增量劑SC-101（同時添加1份芳烴油）胎面膠配方與原配方同時進行大配合生產，并進行各項物理性能測試。

2.1.1 硫化特性

膠料的硫化特性如表2所示。

表2 膠料的硫化特性（151 °C）

從表2可以看出：與正常配方膠料相比，試驗配方膠料的FL有所增大，即模量略有增大，說明聚炭增量劑SC-101具有一定補強能力；t30相當，t60和t90有所縮短，說明起硫速度相當，硫化速度略快，這是由于聚炭增量劑SC-101的pH值偏大，屬于堿性填料，其表面含有的堿性基團有利于自由基的形成，對促進劑吸附作用弱，提高了膠料的硫化速度。

2.1.2 物理性能

硫化膠的物理性能如表3所示。

從表3可以看出：與正常配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的300%定伸應力增大約1 MPa；撕裂強度有所增大；DIN磨耗量明顯減小，說明聚炭增量劑SC-101可以提高硫化膠的耐磨性能；耐屈撓疲勞性能略有提高。分析認為，聚炭增量劑SC-101屬于多功能橡膠用碳納米管復合材料，能夠均勻地分散到膠料中，具有一定補強作用。

表3 硫化膠的物理性能

2.2 工藝性能

在混煉過程中，聚炭增量劑SC-101未出現分散不均的現象，與橡膠相容性較好；采用試驗配方膠料在擠出工序生產試驗胎面膠時，使用與正常配方膠料相同的樣板進行擠出，均采用通底層的結構設計，擠出尺寸無顯著差異。

2.3 成品性能

為進一步驗證聚炭增量劑SC-101對成品輪胎耐磨性能的影響，使用試驗配方膠料和正常配方膠料同期生產12R22.5 16PR輪胎各50條并進行路試。試驗輪胎和正常輪胎單位磨耗里程分別為13 500和12 200 km·mm-1。

由此可知，與正常輪胎相比，試驗輪胎的耐磨性能提高約10%，說明聚炭增量劑SC-101可以提高成品輪胎的耐磨性能。

2.4 經濟效益

在胎面膠配方中加入5份聚炭增量劑SC-101并適當調整芳烴油用量，可以節約膠料成本0.1元·kg-1。每條輪胎可節約生產成本1.2元（以12R22.5全鋼載重子午線輪胎為例），按年產200萬條計，每年可節約生產成本240萬元，具有一定經濟效益。

3 結論

在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中使用聚炭增量劑SC-101后，膠料的模量增大，硫化膠的抗撕裂性能有所提高，成品輪胎的耐磨性能提升約10%；混煉膠成本降低，經濟效益顯著。