廢舊輪胎再生膠在轎車子午線輪胎胎側膠中的應用

徐文龍，宮亭亭，邱海強，徐 旗，李崇兵

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

《2021—2027年中國廢輪胎行業競爭格局分析及發展趨勢預測報告》數據顯示：隨著我國家用轎車的廣泛普及和全國物流業的高速發展，我國機動車保有量逐年增大，2020年我國汽車保有量高達3億輛，同比增長8.1%。汽車行業的蓬勃發展，使得汽車輪胎的產量急劇增長，同時廢舊輪胎的數量也隨之增長[1]。2020年我國廢舊輪胎量高達2 000萬t[2]。近幾年由于輪胎的耐老化性能、強度和耐磨性能提升，造成廢舊輪胎的處理更加困難。廢舊輪胎在自然條件下很難降解，一般幾十年也不會被分解，造成“黑色污染”[3]。

目前廢舊橡膠回收利用方式主要有生產膠粉、原型利用、熱能利用、熱裂解、脫硫生產再生膠和輪胎翻新[4]。裂解炭黑、膠粉、再生膠都可作為輪胎生產的原材料使用，由于再生膠自身強力較高，且經脫硫后有一定活性，具有較好的應用前景。

橡膠是我國重要的戰略資源和基礎工業原料，同時我國也是橡膠消費大國，我國橡膠年消費量占世界的30%，但是我國天然橡膠（NR）資源比較匱乏，種植區域僅限海南、云南、廣東3省的部分地區。我國85%的NR、24%的合成橡膠依賴進口[5]。2020年6月，工業和信息化部發布第21號公告《廢舊輪胎綜合利用行業規范條件》[6]，積極推進廢舊輪胎循環利用。提高廢舊輪胎資源循環利用水平對于緩解我國橡膠資源短缺局面、促進橡膠工業節能減排具有重要的戰略和現實意義。

本工作研究廢舊輪胎再生膠（以下簡稱再生膠）在轎車子午線輪胎胎側膠中的應用，以助力輪胎企業降低生產成本。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化燕山石化公司產品；炭黑N330，金能科技股份有限公司產品；再生膠，國內某再生膠公司產品。

再生膠的基本參數如下：外觀 黑色質地均勻膠塊，密度 1.717 Mg·m-3，加熱減量 0.8%，灰分質量分數 7.2%，丙酮抽出物質量分數14.84%，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]63，拉伸強度 7.8 MPa，拉斷伸長率 280%。

1.2 配方

以輪胎行業常用胎側膠配方體系作為基礎及調整再生膠用量，所設計的配方A如下：NR 40，BR9000 60，炭黑N330 50，環保芳烴油 3，防老劑 3.5，其他 15。

配方B，C，D分別加入5，10和15份再生膠，其余組分及用量均同配方A。

1.3 主要設備和儀器

XK（S）-160型開煉機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；V502H-18X型平板硫化機，美國WASBASH MPI公司產品；UM2050型門尼粘度儀，青島育肯儀器有限公司產品；MDR 3000型無轉子硫化儀，德國Montech公司產品；GTAI7000M型拉力試驗機和GT-7042-RDHS數位式高溫回彈值試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；FT-1200型壓縮生熱試驗機和VR-7130型動態熱機械分析（DMA）儀，日本上島制作所產品。

1.4 試樣制備

膠料混煉分兩段進行。一段混煉在密煉機中進行，初始轉子轉速為65 r·min-1，混煉工藝為：生膠和再生膠（30 s）→1/2炭黑、硬脂酸、環保芳烴油（60 s）→剩余1/2炭黑和剩余小料（120 s）→調整轉子轉速為55 r·min-1，升溫至150～155 ℃→排膠。膠料在開煉機上過輥（輥距3 mm）45 s，下片并停放24 h以上。

二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→混煉均勻→下片。

膠料在平板硫化機上硫化，硫化條件為161℃×20 min。

1.5 性能測試

膠料的性能測試按照相關國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

評估膠料的加工性能為車間生產的可實現性提供依據，膠料的加工性能和硫化特性見表1。

從表1可以看出，加入再生膠對膠料的門尼粘度和焦燒時間基本無影響。但隨著再生膠用量的增大，膠料的硫化速度減慢，Fmax減小，原因可能是再生膠不參與硫化反應，再生膠用量增大，減小了硫化體系在配方中的占比。

表1 膠料的加工性能和硫化性能

在實際生產中，如果大量使用再生膠，需要考慮調整硫化體系，以滿足輪胎的硫化工藝要求。在胎側膠配方中加入5份再生膠對膠料的加工性能影響較小。

2.2 物理性能

膠料的物理性能測試結果見表2。

表2 膠料的物理性能

由表2可以看出：隨著再生膠用量的增大，膠料的密度、硬度、拉斷伸長率和撕裂強度（配方D除外）無明顯變化；膠料的300%定伸應力、拉伸強度、回彈值呈現明顯減小和耐屈撓性能呈現明顯降低趨勢。由于子午線輪胎對胎側膠的耐屈撓性能要求較高，綜合考慮分析，加入5份再生膠對膠料的物理性能影響較小。

2.3 動態力學性能

輪胎的使用性能如燃油經濟性能、干濕地抓著性能、耐磨性能和噪聲等的裝車實測費用高、測試周期較長，因此輪胎行業常用膠料的動態力學性能來預測輪胎的整胎性能。膠料的DMA測試條件如下：拉伸模式，預拉伸 1%，動應變 0.25%，頻率 10 Hz，溫度掃描范圍 －60～80 ℃。膠料的動態力學性能測試結果見表3。

通常用60 ℃時的損耗因子（tanδ）來預測膠料的滾動阻力，tanδ越小，膠料的滾動阻力越小。由表3可知：添加再生膠對膠料的玻璃化溫度影響不大；添加5份再生膠后，膠料的60 ℃時的tanδ變化不大；再生膠用量增大到10份以后，膠料的60 ℃時的tanδ明顯增大，即膠料的生熱增大，對輪胎的滾動阻力不利。

表3 膠料的動態性能測試結果

綜上所述，加入5份再生膠，對膠料各方面性能影響較小。

2.4 成品輪胎性能

選擇配方A和B制備205/55R16 91V輪胎。隨機抽取2個方案的成品輪胎，按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內試驗方法》進行輪胎的高速性能和耐久性能測試，結果分別見表4和5。

表4 輪胎的高速性能測試結果

表5 輪胎的耐久性能測試結果

由表4和5可見，兩個方案輪胎的高速性能和耐久性能相當，均達到國家標準要求。

3 結論

（1）加入再生膠對膠料的門尼粘度和焦燒時間基本無影響，但是隨著再生膠用量的增大，膠料的硫化速度減慢，Fmax減小。

（2）隨著再生膠用量的增大，膠料的密度、硬度、拉斷伸長率和撕裂強度無明顯變化，300%定伸應力、拉伸強度、回彈值明顯減小，耐屈撓性能明顯下降，加入5份再生膠對膠料的物理性能影響較小。

（3）添加5份再生膠對膠料的60 ℃時的tanδ無明顯影響，再生膠用量增大到10份以后，膠料的60℃時的tanδ明顯增大。

（4）在胎側膠中添加5份再生膠，對成品輪胎的高速性能和耐久性能影響不大，輪胎的性能滿足國家標準要求。

此外，再生膠的成本較低，使用后可降低輪胎生產的整體成本。