硅格粉在全鋼子午線輪胎基部膠中的應用

蘇忠鐵，黃仙紅，呂志文，陸一鳴，陳家輝，韓啟龍

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎基部膠作為胎面下層膠，除了具備一定的力學性能，低生熱性能也同樣重要。全鋼子午線輪胎在使用過程中，胎面基部溫度相對較高，降低基部膠的生熱，能夠有效減少冠空等缺陷，延長輪胎的使用壽命[1-2]；同時降低基部膠的生熱對降低輪胎的滾動阻力有益，進而有利于低燃油消耗、環境友好型輪胎的發展。采用白炭黑作為填料是降低膠料生熱的一種有效措施[3-10]。硅格粉以天然礦物質及秸稈灰等為原料，采用生物構筑技術，經深度純化、復合而成，調控的表面烴基，實現了與硅烷及高分子材料的結合作用，在高溫下可以減小填料與高分子鏈之間的內摩擦力，從而表現為極佳的低生熱行為[11]。

本工作研究硅格粉在全鋼子午線輪胎基部膠中的應用，以期為低生熱基部膠、低滾動阻力、高性能全鋼子午線輪胎的研究提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SCR20，泰國產品；硅格粉，哈爾濱硅格新材料有限公司產品；炭黑N330，上?？ú┨鼗び邢薰井a品；白炭黑，確成硅化學股份有限公司產品；防老劑4020，圣奧化學科技有限公司產品；防老劑RD，中國石化集團南京化學工業有限公司產品；硫黃，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產品；促進劑TBBS，山東戴瑞克新材料有限公司產品。

1.2 配方

1.2.1 小配合試驗

生產配方：NR 100，炭黑N330 35，白炭黑15，硅烷偶聯劑Si69 1.5，氧化鋅 3.5，硬脂酸 1，防老劑4020和RD 3.5，硫黃 1.8，促進劑TBBS 1.5，其他 5。

試驗配方：用15份硅格粉代替15份白炭黑，其他組分及用量同生產配方。

1.2.2 大配合試驗

生產配方：NR 100，炭黑N330 30，白炭黑15，硅烷偶聯劑Si69 1.5，氧化鋅 3.5，硬脂酸 1，防老劑4020和RD 3.5，硫黃 2.2，促進劑TBBS 1.4，其他 4。

試驗配方：用15份硅格粉代替15份白炭黑，其他組分及用量同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

XK-160型開煉機，無錫第一橡塑機械有限公司產品；2.5 L小型密煉機，佰弘機械（上海）有限公司產品；F370型和F270型密煉機，桂林橡膠機械有限公司產品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；XLB-D型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產品；GT-TCS-2000-G型電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；動態熱機械分析（DMA）儀，德國耐馳儀器公司產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗采用兩段混煉工藝，一段混煉在2.5 L小型密煉機中進行。混煉工藝如下：生膠（30 s）→炭黑N330、白炭黑（或硅格粉）和小料→壓壓砣（50 s）→提壓砣清掃→壓壓砣至150 ℃→排膠，在開煉機上下片。二段混煉在XK-160型開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑TBBS→左右割刀各3次→薄通、打三角包6次→出片。

準備回家時，秦風讓我等他一會。我不解地望著他，他卻一溜煙跑開了，好一會兒后，他才抱著一堆空礦泉水瓶回來。“我看見操場上丟了很多空瓶子，撿起來，積著賣?！彼f。

大配合試驗采用3段混煉工藝，一和二段混煉均在F370型密煉機中進行，三段混煉在F270型密煉機中進行。

一段混煉工藝如下：生膠及1/3炭黑→壓壓砣（35 s）→提壓砣（120 ℃）→壓壓砣至（150±5）℃→排膠。

二段混煉工藝如下：一段混煉膠、2/3炭黑、白炭黑（或硅格粉）和小料→壓壓砣（35 s）→提壓砣（125 ℃）→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣至（155±5） ℃→排膠。

終煉混煉工藝如下：二段混煉膠和硫黃→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（35 s）→提壓砣→壓壓砣至（105±5） ℃→排膠。

膠料在平板硫化機上硫化，硫化條件為151 ℃×20 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能和成品輪胎室內性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

硅格粉的理化性能見表1。

表1 硅格粉的理化性能

2.2 小配合試驗

小配合試驗結果見表2。

從表2可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼焦燒時間變化不大，Fmax－FL減小，表明硅格粉與NR形成膠料交聯密度略小于白炭黑膠料，t10和t90相差不大；與生產配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的50%和100%定伸應力略有下降、300%定伸應力下降17.8%、拉伸強度下降9.4%，撕裂強度下降23.8%，這是因為與白炭黑相比，硅格粉與NR基體結合能力差，補強性能弱。經100 ℃×48 h熱空氣老化后的生產配方和試驗配方硫化膠的性能保持率相當，表明膠料的耐老化性能相當。在100 ℃高溫下拉伸，生產配方和試驗配方硫化膠的定伸應力保持率相當，試驗配方硫化膠的拉斷伸長率較大，表明高溫下試驗配方硫化膠的拉伸性能提升。

表2 小配合試驗結果

從表2還可以看出，與生產配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠60 ℃時的tanδ顯著降低，降幅約為23%，表明試驗配方硫化膠的滾動阻力小，生熱低。

2.3 大配合試驗

大配合試驗結果見表3。

從表3可以看出，與生產配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的總體物理性能稍差，但硫化膠60℃時的tanδ小、生熱低，動態力學性能較優。大配合試驗膠料的硫化特性和物理性能變化趨勢與小配合試驗膠料基本一致。

表3 大配合試驗結果

2.4 工藝性能

采用大配合試驗膠料進行工藝性能評價。以12R22.5輪胎為例，壓出基部膠出現輕微裂邊，原因可能是硅格粉的補強性能差造成膠料的彈性形變大、部件收縮率大，從而出現裂邊；與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的粘合性能略差，但成型時未出現工藝問題。為避免膠料粘合性能下降，建議試驗配方膠料的停放時間短于生產配方膠料。

2.5 成品性能

采用大配合試驗膠料制備12R22.5成品輪胎。成品輪胎的耐久性試驗按GB/T 4501—2016進行，結果表明輪胎耐久性試驗的累計行駛時間由生產輪胎的96 h延長至試驗輪胎的105 h。成品輪胎的滾動阻力按照GB/T 29040—2012測試，結果表明輪胎滾動阻力系數由生產輪胎的5.4 N·kN-1降至試驗輪胎的5.2 N·kN-1。綜合可見，試驗輪胎的耐久性能明顯提升，滾動阻力略降低，表明基部膠使用硅格粉能夠有效提升輪胎使用性能。

3 結論

（1）與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼焦燒時間變化不大，Fmax－FL減小，表明硅格粉與NR形成膠料交聯密度略小于白炭黑膠料。

（2）與生產配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的50%和100%定伸應力略有下降；300%定伸應力、拉伸強度和撕裂強度明顯下降；耐老化性能相當、高溫拉伸性能提升；試驗配方硫化膠60 ℃時的tanδ顯著降低。

（3）與生產輪胎相比，試驗輪胎的耐久性能明顯提升，滾動阻力下降。

基部膠中使用硅格粉部分替代白炭黑，能夠有效改善膠料的生熱特性，基于其優異的性價比，硅格粉在基部膠中應用前景良好。