高含量防老劑S-TMQ在全鋼載重子午線輪胎中的應用

周 重，孫 丹，辛軍輝，何井武

（山東永盛橡膠集團有限公司，山東 東營 257335）

防老劑TMQ是2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體，具有耐熱氧老化作用，在全鋼載重子午線輪胎配方中廣泛使用[1-3]。防老劑TMQ中含50余種物質，其有效成分是二、三、四聚體，其質量分數一般為50%左右，其他成分是非有效成分，會對膠料的性能產生一定的影響[4-7]。由于防老劑TMQ的價格不斷上漲，導致全鋼載重子午線輪胎生產成本不斷上升[8-10]。因此選用一種能降低輪胎原材料成本，而又不影響輪胎質量的新型防老劑品種是配方設計工程師亟待解決的問題。

高含量防老劑S-TMQ是圣奧化學科技有限公司開發的新產品，其有效成分二、三、四聚體含量大幅提升，占總含量的80%左右，用于輪胎配方中可減小防老劑用量，有利于環保。本工作主要研究高含量防老劑S-TMQ在全鋼載重子午線輪胎胎側膠和胎冠膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產品；高含量防老劑S-TMQ和防老劑RD，圣奧化學科技有限公司產品；炭黑N375和N234，河北龍星化工股份有限公司產品；白炭黑，山東青州聯科有限公司產品；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，山東尚舜化工有限公司產品。

1.2 配方

1.2.1 胎側膠配方

生產配方：NR 50，順丁橡膠 50，炭黑N375

50，氧化鋅 3，硬脂酸 2，芳烴油 8，防老劑RD 1.5，硫黃 1.5，促進劑TBBS 0.9，其他 5。

試驗配方：采用0.9份高含量防老劑S-TMQ代替1.5份防老劑RD，其他組分及用量同生產配方。

1.2.2 胎冠膠配方

生產配方：NR 100，炭黑N234 43，白炭黑 10，氧化鋅 4，硬脂酸 2，芳烴油 3，防老劑RD 1.5，硫黃 1.7，促進劑TBBS 1.4，其他 4.5。

試驗配方：采用0.9份高含量防老劑S-TMQ代替1.5份防老劑RD，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，東莞市科銳儀器科技有限公司產品；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-Q600×600×3型平板硫化機，上海橡膠機械一廠有限公司產品；雙工位機床試驗機，天津久榮車輪技術有限公司產品；MDR2000型硫化儀、MV2000型門尼粘度儀和T2000型拉力機，美國阿爾法科技有限公司產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

胎側膠小配合試驗生產配方膠料和試驗配方膠料混煉均在XK-160型開煉機上進行。

加料順序為：生膠→氧化鋅、硬脂酸、防老劑→炭黑N375→芳烴油→硫黃和促進劑→下片。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗生產配方膠料和試驗配方膠料均為兩段混煉工藝，一段混煉在GK400型密煉機中進行、二段混煉在GK255型密煉機中進行。

（1）胎側膠。一段混煉轉子轉速為48 r·min-1，混煉工藝為：加生膠、小料和炭黑（30 s）→壓壓砣（50 s）→提壓砣注油→清掃→壓壓砣（30 s）→排膠。二段混煉轉子轉速為20 r·min-1，混煉工藝為：加一段混煉膠、硫黃和促進劑（10 s）→提壓砣（10 s）→清掃→壓壓砣→清掃→壓壓砣（30 s）→排膠。

（2）胎冠膠。一段混煉轉子轉速為45 r·min-1，混煉工藝為：加生膠、小料和炭黑（30 s）→壓壓砣（50 s）→提壓砣注油→清掃→壓壓砣（30 s）→排膠。二段混煉轉子轉速為20 r·min-1，混煉工藝為：加一段混煉膠、硫黃和促進劑（10 s）→提壓砣（10 s）→清掃→壓壓砣→清掃→壓壓砣（30 s）→排膠。

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 理化性能

高含量防老劑S-TMQ和防老劑RD的理化性能如表1所示。

從表1可以看出：與防老劑RD相比，高含量防老劑S-TMQ的二、三、四聚體總含量大幅提升了約60%，灰分含量和乙醇不溶物含量略微減小，說明高含量防老劑S-TMQ具有較高的有效成分含量和較低的雜質含量；異丙基二苯胺含量明顯減小，說明高含量防老劑S-TMQ對膠料硫化特性的負面影響減小。

表1 高含量防老劑S-TMQ和防老劑RD的理化性能

2.2 高含量防老劑S-TMQ在胎側膠中的應用

胎側膠小配合和大配合試驗結果分別如表2和3所示。

從表2和3可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的t10和t90略有延長，但在技術接受范圍內；大配合和小配合試驗膠料的門尼粘度、老化前后的物理性能相當。試驗結果表明，在胎側膠配方中使用0.9份高含量防老劑S-TMQ代替1.5份防老劑RD時，膠料的硫化特性和防老化效果處于同一水平。

表2 胎側膠小配合試驗結果

表3 胎側膠大配合試驗結果

2.3 高含量防老劑S-TMQ在胎冠膠中的應用

胎冠膠大配合試驗結果如表4所示。

從表4可以看出，試驗配方與生產配方膠料的硫化特性和物理性能相當。說明在胎冠膠配方中使用0.9份高含量防老劑S-TMQ代替1.5份防老劑RD完全可行。

表4 胎冠膠大配合試驗結果

2.4 成品輪胎耐久性能

用生產配方和試驗配方膠料各生產了一批11.00R20全鋼載重子午線輪胎進行耐久性試驗。按GB/T 4501—2016進行測試。輪胎耐久性試驗累計行駛時間超過47 h即為合格品，超過77 h即可達到優級品要求。成品輪胎的耐久性能測試結果見表5。

從表5可以看出，生產配方與試驗配方成品輪胎的耐久性試驗結果相當，11.00R20成品輪胎均達到國家標準優級品水平，且跟蹤本批試驗全鋼載重子午線輪胎的市場使用，均未出現異常情況。

表5 成品輪胎的耐久性能測試結果

2.5 成本分析

以高含量防老劑S-TMQ減量40%替代防老劑RD，全鋼載重子午線輪胎胎側膠和胎冠膠膠料成本可降低約0.07元·kg-1。公司年產7.3萬t胎冠膠膠料和3萬t胎側膠膠料，每年可節約配方設計成本約721萬元，顯著降低了生產成本。

3 結語

在全鋼載重子午線輪胎胎側膠和胎冠膠配方中采用高含量防老劑S-TMQ減量40%替代防老劑RD，膠料的硫化特性和老化前后物理性能相當，成品輪胎的耐久性能達到國家標準優級品水平，且減少了生產過程中廢水和廢氣的排放，有益于環境保護，同時可降低生產成本。