新癸酸鎳在巨型工程機械輪胎胎體膠和粘合膠中的應用

劉 娟，高 利，谷 寧，曲 淼，張恩華

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

金屬鈷是重要的戰略資源之一，廣泛應用于汽車、化工和航空等領域。近幾年全球對鈷的需求量越來越大，使鈷的價格大幅上漲。鈷資源儲量極小，在市場需求激增的形勢下，鈷的供應鏈非常脆弱，歐盟已提出要減小制品中鈷含量或尋求替代金屬鈷的新材料。

金屬鎳的儲量非常豐富。從元素周期表可以看出，鐵、鈷和鎳同屬第Ⅷ副族，最外層電子數均為2，因此具有相近的化學性質。由于鐵、鈷和鎳的次外層電子數分別為6，7和8，次外層電子數越少，其活性越高，形成氧化物的速度越快，越易氧化，因此三者的耐老化性能優劣順序依次為鎳、鈷和鐵。

鈷鹽是鍍銅（鋅）鋼絲簾線的專用粘合增進劑，其在子午線輪胎各部件膠料配合劑中最為重要，且價格昂貴。研究表明，在間-甲-白粘合體系中加入鈷鹽，可以明顯提高膠料與鋼絲簾線的粘合性能，因此該粘合體系在輪胎行業得到了廣泛應用[1-4]。

本工作主要研究新癸酸鎳替代新癸酸鈷在巨型工程機械輪胎胎體膠和粘合膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產品；炭黑N326，河南東泰科技有限公司產品；炭黑N347，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；新癸酸鈷，牌號Manobond 740C，上海黎元國際貿易有限公司提供；新癸酸鎳，牌號WX-N20，杭州中德化學工業有限公司產品；辛基增粘樹脂，牌號SL1801，華奇（中國）化工有限公司產品；增粘樹脂Koresin，彤程集團有限公司提供。

1.2 配方

1.2.1 胎體膠

生產配方：NR 100，炭黑N326 50，新癸酸鈷 0.8，增粘樹脂Koresin 2，不溶性硫黃 6，促進劑DZ 0.4，其他 13。

試驗配方A：以0.4份新癸酸鎳等量部分替代新癸酸鈷，其余組分及用量均同生產配方。

試驗配方B：以0.8份新癸酸鎳等量全部替代新癸酸鈷，同時增加0.2份促進劑CBS，其余組分及用量均同生產配方。

1.2.2 粘合膠

生產配方：NR 100，炭黑N347 40，白炭黑 10，新癸酸鈷 0.8，辛基增粘樹脂 2，硫黃 2，促進劑TBBS 1，其他 12。

試驗配方C：以0.4份新癸酸鎳等量部分替代新癸酸鈷，其余組分及用量均同生產配方。

試驗配方D：以0.8份新癸酸鎳等量全部替代新癸酸鈷，同時增加0.2份促進劑TBBS，其余組分及用量均同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

XK-160型開煉機，上海橡膠機械廠產品；GK1.5N型（切向轉子系統）密煉機，德國Krupp公司產品；GK400型和GK255型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；XLB-Q型400×400×2平板硫化機，上海第一橡膠機械廠產品；T2000型拉力試驗機和MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；EPLEXOR 500N型動態熱機械性能分析儀，德國GABO公司產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 胎體膠

膠料采用兩段混煉工藝，混煉均在GK1.5N型密煉機中進行，轉子轉速為45 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠→小料→兩次提壓砣→混煉至溫度達到145 ℃→排膠；二段混煉工藝為：加入一段混煉膠、硫黃、促進劑和防焦劑，混煉至溫度達到105℃→排膠。

1.4.2 粘合膠

膠料采用五段混煉工藝，前四段混煉在GK400型密煉機中進行，終煉在GK255N型密煉機中進行。一段混煉轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料→壓壓砣→提壓砣→炭黑→混煉至溫度達到160 ℃→排膠；二段混煉轉子轉速為45 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠、小料→壓壓砣→提壓砣→炭黑→混煉至溫度達到150 ℃→排膠；三段和四段混煉均為回車；終煉工藝為：加入四段混煉膠、硫黃和促進劑等→壓壓砣→提壓砣→壓壓砣→混煉至溫度達到100 ℃→排膠。

1.5 性能測試

各項性能均按相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性質

新癸酸鎳和新癸酸鈷的理化性質見表1。

表1 新癸酸鎳和新癸酸鈷的理化性質

2.2 在胎體膠中的應用

胎體膠的硫化特性和物理性能如表2所示，表中tanδ為損耗因子。

表2 胎體膠的硫化特性和物理性能

從表2可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方A和B膠料的門尼焦燒時間延長，t90縮短；硫化膠的硬度、定伸應力、拉伸強度和回彈值相當，60℃時的tanδ減小；其中試驗配方A膠料老化前后的H抽出力分別提高了5%和11%。

2.3 在粘合膠中的應用

2.3.1 膠料性能

粘合膠的硫化特性和物理性能如表3所示。

表3 粘合膠的硫化特性和物理性能

從表3可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方C和D膠料的門尼焦燒時間和t90延長；硫化膠的硬度、定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率相當，回彈值增大，60 ℃時的tanδ減小；其中試驗配方C膠料的剝離力提高。

2.3.2 工藝性能

采用試驗配方C和D膠料進行胎體粘合膠片壓延，壓延過程良好，成型過程中的膠片粘性良好，無異常情況。

2.4 成本分析

采用新癸酸鎳部分替代新癸酸鈷，胎體膠成本約降低0.107 3元·kg-1，粘合膠成本約降低0.102 8元·kg-1。

3 結論

在巨型工程機械輪胎胎體膠和粘合膠中以新癸酸鎳部分替代新癸酸鈷，膠料的門尼焦燒時間延長，硫化膠的硬度、定伸應力和拉伸強度相當，粘合性能提高，60 ℃時的tanδ減小，可減小滾動阻力，降低動態生熱，提高輪胎使用壽命，同時可降低膠料成本。在鈷資源日趨珍貴的形勢下，使用鎳鹽替代鈷鹽具有良好的經濟效益和市場前景。