納米氧化鋅在載重子午線輪胎帶束層膠中的應(yīng)用

巫 超

（廣西新桂輪橡膠有限公司，廣西 桂林 541805）

氧化鋅在橡膠行業(yè)中主要用作活性劑，通常認(rèn)為膠料中的氧化鋅與促進(jìn)劑反應(yīng)生成鋅鹽絡(luò)合物，促進(jìn)硫黃環(huán)形分子裂解，促進(jìn)橡膠硫化，從而提高硫化膠的交聯(lián)程度，使硫化膠獲得較好的物理性能[1]。

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，人們對氧化鋅的粒徑和表面活性進(jìn)行了改進(jìn)，近20年涌現(xiàn)了許多新的氧化鋅品種，其中在輪胎行業(yè)用量最大的是納米氧化鋅。在輪胎胎面和胎側(cè)膠配方中使用納米氧化鋅后，在不影響膠料物理性能的情況下可以減小氧化鋅用量。由于氧化鋅對膠料與鋼絲的粘合有利，因此在全鋼載重子午線輪胎生產(chǎn)中，氧化鋅在胎體膠、帶束層膠配方中的用量較大，一般為6～10份。汪靈[2]研究表明，在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠配方中將納米氧化鋅與普通氧化鋅并用，能夠適當(dāng)降低配方中氧化鋅的總用量。

本工作主要研究在載重子午線輪胎帶束層膠中用納米氧化鋅等量和減量替代普通間接法氧化鋅的應(yīng)用效果。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），9710標(biāo)準(zhǔn)膠，云南廣墾橡膠有限公司產(chǎn)品；納米氧化鋅，山東興亞新材料股份有限公司產(chǎn)品；間接法氧化鋅，濰坊龍達(dá)鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品；炭黑N375，云南云維飛虎化工有限公司產(chǎn)品；3+8×0.33ST鋼絲簾線，滕州東方鋼簾線有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑N375 42，白炭黑10，普通氧化鋅 8，其他 17.6。

1#—3#試驗配方：分別使用8，6和4份納米氧化鋅替代8份普通氧化鋅，其余同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

BB-2型密煉機，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；GK-400N/GK255N型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產(chǎn)品；XK-160A型開煉機，大連富泰橡膠機械有限公司產(chǎn)品；XLB-D400X600型平板硫化機，湖州東方機械有限公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；RH-2000型壓縮生熱試驗機、TCS-2000型電子拉力試驗機和MV-3000型門尼粘度儀，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗?zāi)z料采用兩段混煉工藝。一段混煉在BB-2型密煉機中進(jìn)行，混煉工藝為：生膠→提壓砣→50 s→活性劑和防老劑等→20 s→炭黑和白炭黑→30 s→清掃→壓壓砣→40 s→排膠，停放4 h。二段混煉在開煉機上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→過輥5次→硫黃和促進(jìn)劑→薄通5次→過輥3次→左右各割刀3次→下片（總混煉時間約為6 min）。

大配合試驗?zāi)z料采用三段混煉工藝。一段和二段混煉在GK400N型密煉機中進(jìn)行，一段混煉初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉70 s后降至45 r·min-1，混煉工藝為：生膠→小料、2/3炭黑和全部白炭黑→35 s→提壓砣→35 s→清掃→壓壓砣→40 s→排膠[（150±5） ℃]；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→小料和剩余1/3炭黑→40 s→提壓砣→3 s→清掃→壓壓砣→45 s→排膠[（150±5）℃]；三段混煉在GK255N型密煉機中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→40 s→清掃→壓壓砣→45 s→清掃→壓壓砣→15 s→排膠（105 ℃）。

膠料采用平板硫化機硫化，條件為151 ℃×30 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 間接法氧化鋅和納米氧化鋅性能對比

間接法氧化鋅和納米氧化鋅性能對比如表1所示。

表1 間接法氧化鋅和納米氧化鋅性能對比

從表1可以看出，納米氧化鋅的純度略低于間接法氧化鋅，但其揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)、灼燒減量和氮吸附表面積大于間接法氧化鋅，表明納米氧化鋅具有粒徑小、比表面積大和易吸收水分的特點。

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

小配合試驗?zāi)z料的硫化特性（195 ℃）見表2。

表2 小配合試驗?zāi)z料硫化特性

從表2可以看出，采用納米氧化鋅的試驗配方膠料的Fmax略高于采用間接法氧化鋅的生產(chǎn)配方膠料，其他性能差別不大。

2.2.2 物理性能

小配合試驗硫化膠的物理性能見表3。

表3 小配合試驗硫化膠的物理性能

從表3可以看出，與采用間接法氧化鋅的生產(chǎn)配方硫化膠相比，采用納米氧化鋅的試驗配方硫化膠的硬度基本不變，拉伸強度和拉斷伸長率略有提高，壓縮疲勞溫升和壓縮永久變形降低，回彈值變化不大?？梢姡蚧z的物理性能與氧化鋅的比表面積之間存在著較強的相關(guān)性，這與文獻(xiàn)[3—7]的研究結(jié)果相一致。

從表3還可以看出：隨著納米氧化鋅用量的減小，試驗配方硫化膠的定伸應(yīng)力、拉伸強度降低，撕裂強度先提高后降低，拉斷伸長率增大；納米氧化鋅用量為6份的試驗配方硫化膠的物理性能優(yōu)于生產(chǎn)配方硫化膠，納米氧化鋅用量為4份的試驗配方硫化膠的綜合物理性能略低于生產(chǎn)配方硫化膠，但相差不大。100 ℃×48 h老化后，試驗配方硫化膠的各項物理性能與生產(chǎn)配方硫化膠相近。

2.3 大配合試驗

2.3.1 硫化特性

大配合試驗?zāi)z料的硫化特性（195 ℃快檢和151 ℃抽檢）見表4。

表4 大配合試驗?zāi)z料的硫化特性

從表4可以看出：使用納米氧化鋅的試驗配方膠料的Fmax比使用間接法氧化鋅的生產(chǎn)配方膠料大，且隨著納米氧化鋅用量的減小，膠料的Fmax降低；1#和2#試驗配方膠料的ts1稍長于生產(chǎn)配方膠料，151 ℃下測得的t90與生產(chǎn)配方膠料相近。

2.3.2 物理性能

大配合試驗硫化膠的物理性能見表5。

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能

從表5可以看出：使用8和6份納米氧化鋅的1#和2#試驗配方硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率高于生產(chǎn)配方硫化膠；壓縮疲勞溫升和壓縮永久變形略低于生產(chǎn)配方硫化膠。大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本一致。

2.4 鋼絲H抽出試驗

表6示出了帶束層膠料的鋼絲簾線H抽出試驗結(jié)果。

表6 帶束層膠料的鋼絲簾線H抽出試驗結(jié)果

從表6可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，使用納米氧化鋅的試驗配方膠料老化前后鋼絲簾線的H抽出力均提高，并且隨著納米氧化鋅用量的減小，老化前后鋼絲簾線的H抽出力均呈降低趨勢。

綜合考慮帶束層膠料的各項性能以及成本和環(huán)保等因素，帶束層膠配方中使用6份納米氧化鋅減量替代8份間接法氧化鋅比較適宜。

3 結(jié)論

納米氧化鋅具有粒徑小、比表面積大和易吸收水分的特點，在帶束層膠配方中使用納米氧化鋅等量或減量替代間接法氧化鋅，膠料的硫化特性和物理性能優(yōu)于或相當(dāng)于采用間接法氧化鋅的膠料，能夠明顯提高鋼絲簾線的H抽出力。綜合考慮膠料的各項性能以及成本和環(huán)保等因素，使用6份納米氧化鋅減量替代8份間接法氧化鋅較適宜。