環保高強力再生膠在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中的應用

崔雪靜，汪 燕，邱海強，于海洋，孫世悅，徐 旗，李崇兵

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

廢舊輪胎再生膠在輪胎配方中的生產應用已有多年歷史，由于再生膠的異味、雜質、產品穩定性及環保問題，其應用一直受到限制。

近年來，在循環經濟、碳中和、碳減排大背景下，國家政策推動了再生膠企業升級轉型，通過技術創新，大力發展環保型再生膠，再生膠生產過程更加環保清潔，產品質量得到提升，化學成分指標符合歐美等發達國家相關法規要求[1-4]。環保高強力再生膠的使用為企業和社會都帶來了一定的效益，其應用在輪胎行業內掀起了一輪新高潮[5-8]。

本工作研究環保高強力再生膠在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產品；丁苯橡膠（SBR）1502、炭黑N330、炭黑N375、補強樹脂205和環保高強力再生膠，國內廠家產品。

1.2 配方

生產配方（用量/份）：NR和SBR 100，炭黑N330和N375 65，操作油 8，活性劑 6，補強樹脂 10，不溶性硫黃 4.5，促進劑 2.1，其他3.2。

試驗配方1#—3#中分別加入5，10，15份環保高強力再生膠，其余組分及用量同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

X（S）M-1.5×（10-118）型密煉機和XK-160S型開煉機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；GK400型和GK270型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；V502H-18X型平板硫化機，美國WASBASHMPI公司產品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；Instron 3365型拉力試驗機，英斯特朗（上海）試驗設備貿易有限公司產品；VR-7130型動態熱機械分析（DMA）儀，日本株式會社上島制作所產品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗采用2段混煉工藝。一段混煉在密煉機中進行，二段混煉在開煉機上進行。

一段混煉工藝為：NR、SBR和環保高強力再生膠（壓砣壓力為0.5 MPa，轉子轉速為70 r·min-1）→壓壓砣（15 s）→炭黑、補強樹脂、活性劑和操作油等（轉子轉速為55 r·min-1）→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（20 s）→提壓砣→壓壓砣→160 ℃排膠。

二段混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→左右割刀各3次，薄通6次→4 mm輥距下片，停放待用。

大配合試驗混煉分2段進行。一段混煉在GK400型密煉機中進行，二段混煉在GK270型密煉機中進行。

一段混煉工藝為：NR、SBR、環保高強力再生膠、炭黑、補強樹脂、活性劑等（壓砣壓力為0.4 MPa，轉子轉速為40 r·min-1）→壓壓砣（20 s）→操作油（轉子轉速降為30 r·min-1）→壓壓砣（15 s）→提壓砣→壓壓砣→165 ℃排膠。

二段混煉工藝為：一段混煉膠、不溶性硫黃、促進劑等（壓砣壓力為0.35 MPa，轉子轉速為20 r·min-1）→壓壓砣（25 s）→提壓砣（5 s）→壓壓砣（20 s）→提壓砣（5 s）→壓壓砣→100 ℃排膠。

1.5 性能測試

膠料的各項性能均按照相應國家標準或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

環保高強力再生膠的理化性能見表1。

從表1可以看出，環保高強力再生膠的各項理化性能均達到指標要求。

2.2 小配合試驗

小配合試驗結果見表2。

表2 小配合試驗結果

從表2可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的焦燒時間、硫化速度和回彈值基本無變化；1#和2#試驗配方膠料的整體性能相差不大；3#試驗配方中高強力再生膠用量較大，膠料的Fmax—FL、硬度和定伸應力較小，這可能與環保高強力再生膠消耗了部分硫化劑有關。

2.3 大配合試驗

綜合考慮小配合試驗結果，選擇2#試驗配方進行大配合試驗。

2.3.1 環保性能

根據歐盟2005/69/EC指令，輪胎中多環芳烴產生的灣區氫（HBay）質量分數應不大于0.35%[9-10]。對高強力再生膠和2#試驗配方硫化膠分別進行核磁共振測試，HBay質量分數分別為0.23%和0.21%，均符合歐盟標準要求。

2.3.2 硫化特性

大配合試驗膠料的硫化特性見表3。

表3 大配合試驗膠料的硫化特性

從表3可以看出，與生產配方膠料相比，2#試驗配方膠料的門尼粘度、焦燒時間和交聯密度相當，表明加入10份環保高強力再生膠對膠料的硫化特性幾乎無影響。

2.3.3 物理性能

大配合試驗膠料的物理性能見表4。

表4 大配合試驗膠料的物理性能

從表4可以看出，與生產配方膠料相比，2#試驗配方膠料的拉伸強度和拉斷伸長率分別增大約10%和22%，硬度、100%定伸應力和回彈值相當，表明加入10份環保高強力再生膠對膠料的物理性能無明顯影響。

2.3.4 動態性能

大配合試驗膠料的動態性能見表5。

表5 大配合試驗膠料的動態性能

從表5可以看出，加入10份環保高強力再生膠對膠料的動態性能無明顯影響。

2.3.5 擠出性能

大配合試驗硬三角膠的擠出外觀如圖1所示。

圖1 大配合試驗硬三角膠的擠出外觀

從圖1可以看出，生產配方硬三角膠擠出表面光滑，2#試驗配方硬三角膠擠出表面略顯粗糙，有肉眼可見小膠粒，這與環保高強力再生膠中含有少量未脫硫的膠粒有關。兩種配方半部件的粘合性能相當，成型無異常。

2.3.6 成品輪胎性能

分別采用生產配方和2#試驗配方膠料試制185R15LT 103/102R 8PR輪胎，并對成品輪胎的高速性能和老化前后耐久性能進行測試，結果如表6所示。

表6 成品輪胎性能

從表6可以看出，在輕型載重子午線輪胎硬三角膠中添加10份環保高強力再生膠，對成品輪胎的高速性能和耐久性能均無明顯影響。

2.4 成本分析

高強力再生膠作為一種可循環材料，應用于輪胎中不僅可以降低輪胎的碳排放，且價格低廉。在硬三角膠配方中添加10份環保高強力再生膠后，膠料成本降低約0.25元·kg-1，可降低輪胎的生產成本，具有一定的經濟和社會效益。

3 結論

在輕型載重子午線輪胎硬三角膠配方中添加10份環保高強力再生膠，對膠料的硫化特性和物理性能無明顯影響；膠料中HBay含量符合歐盟標準要求，成品輪胎的高速性能和老化前后耐久性能均符合企業標準要求；膠料成本降低約0.25元·kg-1，具有一定的經濟效益和社會效益。