多功能橡膠助劑HT918在載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

趙紅霞，左秀娟，趙振偉，馬德龍，李云峰

（山東陽谷華泰化工股份有限公司，山東 陽谷 252300）

近年來國內(nèi)外交通運輸業(yè)迅速發(fā)展，對載重輪胎的需求量與日俱增。但由于歐盟REACH法規(guī)和美國“雙反”政策對國內(nèi)輪胎出口設(shè)置了貿(mào)易壁壘，迫使我國輪胎制造業(yè)進行升級。當前載重子午線輪胎不僅要具備優(yōu)異的物理性能，同時對其耐磨性能、耐熱性、滾動阻力和抗?jié)窕阅芤蔡岢隽溯^高要求。以往通過加入特種添加劑或加工助劑來減少膠料的硫化返原現(xiàn)象，以滿足輪胎加工工藝的一般要求。但隨著輪胎行業(yè)對輪胎負荷及速度的要求日益苛刻，提高膠料的抗硫化返原性及降低輪胎生熱成為研發(fā)人員關(guān)注的重要課題[1-3]。

多功能橡膠助劑HT918的化學名稱為1，6-雙（N，N-二芐基硫代氨基甲酰二硫）-己烷，其特殊成分結(jié)構(gòu)可在膠料硫化時釋放出物質(zhì)參與硫化，從而提高膠料的抗硫化返原性，延長輪胎的使用壽命，增加翻新次數(shù)[4-5]。

本工作研究多功能橡膠助劑HT918在載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR5，云南農(nóng)墾集團有限責任公司產(chǎn)品；炭黑N234，卡博特炭黑有限公司產(chǎn)品；多功能橡膠助劑HT918、氧化鋅（ZnO-80）、微晶蠟、硫黃（S-80）和促進劑（TBBS-80），山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品；多功能橡膠助劑KA918，國外進口產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

1.2.1 小配合試驗

小配合試驗配方見表1。

表1 小配合試驗配方 份

1.2.2 大配合試驗

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑N234 55，氧化鋅5，硬脂酸 2，防護蠟 1，防老劑RD 1，防老劑4020 1，硫黃 1.75，促進劑 1.2，其他 5。

試驗配方在生產(chǎn)配方的基礎(chǔ)上加入1.2份多功能橡膠助劑HT918。

1.3 主要設(shè)備和儀器

GK270型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產(chǎn)品；X（S）M-1.5 L密煉機和SK-160型開煉機，青島科高橡塑機械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；HS-100T-RTMO型平板硫化機，深圳佳鑫電子設(shè)備科技有限公司產(chǎn)品；Instron3365型拉力試驗機，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；RH-3000NW型老化試驗箱、動態(tài)壓縮生熱測試儀、GT-7011-DG型動態(tài)屈撓試驗機和GT-7012-DH型DIN耐磨試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度計和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；邵爾A型硬度計，上海化工機械廠有限公司產(chǎn)品；VR-7130型全自動粘彈性分析儀，日本上島株式會社產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

采用3段混煉工藝。一段和二段混煉均在X（S）M-1.5 L密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠→多功能橡膠助劑HT918、氧化鋅、硬脂酸等小料→炭黑N234→排膠[（150±3） ℃]，在室溫環(huán)境下停放24 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠→排膠[（140±3）℃]，在室溫環(huán)境下停放24 h；三段混煉工藝為：開煉機輥距調(diào)至3 mm后將二段混煉膠放入開煉機上包輥約1 min，加入硫黃和促進劑，吃料均勻后左右割膠2次，出片，將開煉機輥距調(diào)至最小后打5個三角包，調(diào)整輥距至3 mm后打4個卷，下片后停放至少8 h。

1.4.2 大配合試驗

采用2段混煉工藝，均在GK270型密煉機中進行。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，加料順序為：生膠→多功能橡膠助劑HT918等小料→炭黑N234→排膠[（150±3） ℃]；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，加料順序為：一段混煉膠→硫黃、促進劑→排膠[（140±3） ℃]。

1.5 性能測試

（1）壓縮疲勞試驗。測試條件為：沖程 4.45 mm，負荷 1.0 MPa，時間 25 min，溫度 55 ℃。

（2）動態(tài)力學性能。采用拉伸模式，溫度掃描條件為：溫度范圍 －70～80 ℃，升溫速率 2℃·min-1，應(yīng)變 5%，頻率 10 Hz。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

多功能橡膠助劑HT918的理化分析結(jié)果見表2。

表2 多功能橡膠助劑HT918的理化分析結(jié)果

由表2可見，多功能橡膠助劑HT918的理化性能達到企業(yè)標準要求。

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

膠料的硫化特性見表3。

表3 膠料的硫化特性

由表3可見：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的門尼焦燒時間變化不大，這是因為多功能橡膠助劑HT918在該階段未參與反應(yīng)，對膠料的加工安全性無明顯影響；2#配方膠料的Fmax和交聯(lián)密度（Fmax－FL）增大，t10和t90縮短，與3#配方膠料相當。

由185 ℃下的硫化儀數(shù)據(jù)可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的硫化返原率明顯減小，抗硫化返原性提高。這說明多功能橡膠助劑HT918在促進硫化反應(yīng)的同時還具備抗硫化返原劑的作用，且抗硫化返原性優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

2.2.2 物理性能

硫化膠的物理性能見表4。

表4 硫化膠的物理性能

由表4可見：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的定伸應(yīng)力和拉伸強度增大，這是由于多功能橡膠助劑HT918在硫化過程中釋放出的硫元素參與交聯(lián)，使硫化膠的交聯(lián)密度增大；2#配方膠料的拉斷伸長率和撕裂強度減小，這是由于過大的交聯(lián)密度使分子鏈間距進一步減小，分子鏈的剛性和脆性增大。由以上分析可知，在使用多功能橡膠助劑HT918時應(yīng)對配方進行適當調(diào)整，減小硫黃和促進劑的用量，以達到最佳的應(yīng)用效果。

從表4還可以看出，加入多功能橡膠助劑HT918能在一定程度上提高硫化膠的耐熱氧老化性能，老化后膠料的拉伸性能保持率更大，且與國外同類產(chǎn)品保持同一水平。

2.2.3 壓縮生熱和動態(tài)力學性能

硫化膠的壓縮生熱和動態(tài)力學性能見表5，tanδ為損耗因子。

表5 硫化膠的壓縮生熱和動態(tài)力學性能

由表5可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的壓縮溫升降低，說明添加多功能橡膠助劑HT918能夠減小膠料生熱，從而延長輪胎的使用壽命。

研究發(fā)現(xiàn)，輪胎的滾動阻力與濕地抓著力相互對立，要有機統(tǒng)一就必須使0 ℃時的tanδ增大，60 ℃時的tanδ減小[6]。與1#配方膠料相比，2#配方膠料0 ℃時的tanδ增大，60 ℃時的tanδ減小，說明添加多功能橡膠助劑HT918可使輪胎的抗?jié)窕阅芴岣撸瑵L動阻力減小。此外，多功能橡膠助劑HT918中的亞甲基鏈段結(jié)構(gòu)在硫化反應(yīng)過程中可接枝到橡膠分子鏈之間，有效降低膠料的動態(tài)生熱。

從表5還可以看出，加入多功能橡膠助劑HT918的膠料在降低壓縮生熱的同時，在抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力方面也比國外同類產(chǎn)品更具優(yōu)勢。

2.2.4 耐裂口增長性能

不同屈撓次數(shù)下硫化膠的裂口擴展長度見表6。硫化膠屈撓6萬次的裂口現(xiàn)象如圖1所示。

表6 不同屈撓次數(shù)下硫化膠的裂口擴展長度 mm

圖1 硫化膠屈撓6萬次的裂口現(xiàn)象

由表6和圖1可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的耐屈撓性能明顯提高，且與國外同類產(chǎn)品相當。

2.2.5 耐磨性能

硫化膠的耐磨性能見表7。

表7 硫化膠的DIN磨耗量 cm3

由表7可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料常溫和高溫下的DIN磨耗量均減小，說明加入多功能橡膠助劑HT918可以顯著提高硫化膠的耐磨性能，且常溫下耐磨性能略優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。

2.3 大配合試驗

大配合試驗結(jié)果見表8。

表8 大配合試驗結(jié)果

由表8可見，大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本一致。試驗配方膠料的抗硫化返原性和耐熱氧老化性能較好。

2.4 成品性能

采用大配合試驗制得的混煉膠生產(chǎn)185/60R14 82H載重子午線輪胎，并進行耐久性試驗。試驗條件為：按國家標準進行34 h以內(nèi)的3個試驗階段，試驗速度為120 km·h-1，充氣壓力為179.3 kPa，3個階段的負荷分別為404，428和475 kg，34 h測試結(jié)束后將輪胎放置2 h，然后在負荷為475 kg、壓力為137.9 kPa和速度為120 km·h-1的條件下繼續(xù)試驗，直到輪胎損壞為止。成品輪胎的耐久性試驗結(jié)果見表9。

表9 成品輪胎的耐久性試驗結(jié)果

由表9可見，試驗輪胎的耐久性能較優(yōu)，加入多功能橡膠助劑HT918可使膠料生熱明顯降低，提高輪胎的耐久性能。

3 結(jié)論

（1）多功能橡膠助劑HT918在焦燒期未參與反應(yīng)，對膠料的加工安全性無明顯影響，可提高膠料的交聯(lián)密度和抗硫化返原性。

（2）加入多功能橡膠助劑HT918后，硫化膠的定伸應(yīng)力和拉伸強度增大，拉斷伸長率和撕裂強度減小，耐老化性能、耐屈撓性能和耐磨性能提高，壓縮生熱降低，輪胎的抗?jié)窕阅芎湍途眯阅芴岣撸瑵L動阻力降低。

（3）多功能橡膠助劑HT918的綜合性能等同或優(yōu)于國外同類產(chǎn)品。