橡膠增強(qiáng)劑Create-E1在工程機(jī)械輪胎膠料中的應(yīng)用

陳 延

（中國(guó)化工橡膠桂林有限公司技術(shù)中心，廣西 桂林 541004）

在橡膠制品原料中生膠和炭黑的用量最大。隨著石油危機(jī)的出現(xiàn)，依托于石油資源的炭黑等原料產(chǎn)量受到很大制約，人們?cè)絹?lái)越重視能替代炭黑的無(wú)機(jī)材料的研究和應(yīng)用。橡膠增強(qiáng)劑Creat-E1（簡(jiǎn)稱(chēng)增強(qiáng)劑Creat-E1）是一種與白炭黑組成相似的新型橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，它是以富硅含量的天然礦石為原料，通過(guò)超細(xì)研磨和科學(xué)改性制成的無(wú)機(jī)粉體填料，具有獨(dú)特的鱗片狀結(jié)構(gòu)，粒徑約10 μm，二氧化硅含量約80%。增強(qiáng)劑Creat-E1在橡膠中具有良好的分散性和補(bǔ)強(qiáng)性能，膠料加工性能良好，其已在摩托車(chē)輪胎、自行車(chē)輪胎等橡膠制品膠料中廣泛應(yīng)用。推廣應(yīng)用這種高二氧化硅含量的新型無(wú)機(jī)粉體材料對(duì)節(jié)能降耗和保護(hù)環(huán)境具有積極意義。本工作對(duì)增強(qiáng)劑Creat-E1替代部分炭黑在工程機(jī)械輪胎氣密層膠、胎側(cè)膠和內(nèi)層簾布膠中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR20，云南高深橡膠有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1502E，中國(guó)石油蘭州石化公司產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石化北京燕山石化公司產(chǎn)品；氯化丁基橡膠（CIIR），牌號(hào)1066，埃克森美孚化工有限公司產(chǎn)品；丁基再生膠，牌號(hào)RR02，南通回力橡膠有限公司產(chǎn)品；增強(qiáng)劑Creat-E1，寧波卡利特新材料有限公司產(chǎn)品；易分散白炭黑，牌號(hào)JINSIL 700，山東金能科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

工程機(jī)械輪胎氣密層膠、胎側(cè)膠和內(nèi)層簾布膠配方分別見(jiàn)表1～3。

表1 氣密層膠配方 份

1.3 主要設(shè)備與儀器

Φ160×320型開(kāi)煉機(jī)，廣東省湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；BB-2型和BB370型密煉機(jī)，日本神戶(hù)制鋼公司產(chǎn)品；GK-270型密煉機(jī)，上海昊華橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；EKT-2001MC型門(mén)尼粘度儀，曄中科技有限公司產(chǎn)品；100S型硫化儀，美國(guó)孟山都公司產(chǎn)品；XLB2Q型平板硫化機(jī)，浙江湖州宏圖機(jī)械有限公司產(chǎn)品；微機(jī)控制拉力試驗(yàn)機(jī)，廣西師范大學(xué)秀峰電器廠產(chǎn)品；PL-140型橡膠疲勞試驗(yàn)機(jī)，上海非金屬試驗(yàn)機(jī)廠產(chǎn)品。

表2 內(nèi)層簾布膠配方 份

表3 胎側(cè)膠配方 份

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在BB-2型密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：生膠→小料炭黑、增強(qiáng)劑Creat-E1和油清掃排膠。二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→薄通4次→下片。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在BB370型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→小料和增強(qiáng)劑Creat-E1壓壓砣提壓砣→炭黑→壓壓砣提壓砣→膠（20 s）。二段混煉在GK-270型密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速30 r·min-1，一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速20 r·min-1，提壓砣壓壓砣提壓砣壓壓砣排膠（20 s）。

1.5 性能測(cè)試

膠料性能均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

增強(qiáng)劑Creat-E1的理化指標(biāo)見(jiàn)表4。經(jīng)國(guó)家有色金屬桂林礦產(chǎn)地質(zhì)測(cè)試中心檢測(cè)，增強(qiáng)劑Creat-E1的二氧化硅含量（74.68%）和其它理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表4 增強(qiáng)劑Creat-E1理化指標(biāo)

2.2 小配合試驗(yàn)

2.2.1 氣密層膠

氣密層膠的性能見(jiàn)表5。在氣密層膠中，用30份增強(qiáng)劑Creat-E1替代10份炭黑N330的A2配方膠料含膠率由44.20%降至40.62%，用90份Creat-E1替代30份炭黑N660的A3配方膠料的含膠率由44.20%降至34.94%。從表5可以看出，與A1配方膠料相比，A2和A3配方膠料的ts2縮短，門(mén)尼粘度和拉斷永久變形增大，撕裂強(qiáng)度減小，其余性能變化不大。

表5 小配合試驗(yàn)氣密層膠性能

根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，氣密層膠的門(mén)尼粘度較小時(shí)，成品輪胎易出現(xiàn)胎里露線的問(wèn)題。使用90份增強(qiáng)劑Creat-E1的膠料門(mén)尼粘度增大，有利于避免胎里露線問(wèn)題，雖然焦燒時(shí)間有所縮短，但仍在工藝安全范圍內(nèi)。

2.2.2 內(nèi)層簾布膠

內(nèi)層簾布膠性能見(jiàn)表6。從表6可以看出：與B1配方膠料相比，用10份增強(qiáng)劑Creat-E1替代白炭黑的B2配方膠料的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度、耐疲勞性能及與簾布的粘合性能均下降；用12份增強(qiáng)劑Creat-E1替代10份炭黑N660的B3配方膠料的效果較好，硫化特性相近，膠料與簾布粘合強(qiáng)度提高，300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度稍有下降，其余性能相近；用25份增強(qiáng)劑Creat-E1替代白炭黑和10份炭黑N660的B4配方膠料的門(mén)尼粘度減小，硫化特性相近，彈性較好，壓縮生熱較低，其余性能比B1配方膠料有所降低。

表6 小配合試驗(yàn)內(nèi)層簾布膠性能

2.2.3 胎側(cè)膠

胎側(cè)膠性能見(jiàn)表7。從表7可以看出，C2配方與C3配方膠料性能均優(yōu)于C1和C4配方膠料，C2配方膠料老化后強(qiáng)伸性能優(yōu)于C3配方膠料，但C3配方膠料老化后的耐疲勞性能優(yōu)于C2配方膠料，疲勞次數(shù)為C1配方膠料的3倍左右。輪胎的使用過(guò)程是一個(gè)逐步老化的過(guò)程，老化后的性能顯得更為重要。從成本上考慮，C2配方中增強(qiáng)劑Creat-E1用量為30份，而C3配方中增強(qiáng)劑Creat-E1用量為40份，顯然C3配方膠料更具成本優(yōu)勢(shì)。綜合膠料性能與生產(chǎn)成本，C3配方更具優(yōu)勢(shì)。

表7 小配合試驗(yàn)胎側(cè)膠性能

2.3 大配合試驗(yàn)

根據(jù)小配合試驗(yàn)結(jié)果，選擇胎側(cè)膠配方進(jìn)行大配合試驗(yàn)，NR/SBR/BR并用比調(diào)整為36.5/36.5/27，增強(qiáng)劑Creat-E1用量為32份，主要目的是提高膠料工藝性能，保證膠料拉伸強(qiáng)度，保證膠料撕裂強(qiáng)度在要求范圍內(nèi)。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料性能見(jiàn)表8。從表8可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的硬度、300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度稍大，H抽出力和疲勞次數(shù)較大。

表8 大配合試驗(yàn)?zāi)z料性能

2.4 加工性能

大配合試驗(yàn)?zāi)z料煉膠工藝性能良好，膠料結(jié)團(tuán)性好，無(wú)粘輥現(xiàn)象，膠片光滑。胎側(cè)膠擠出過(guò)程無(wú)異常，半成品表面良好。成型過(guò)程中與簾布筒胎坯粘合良好，輪胎成品無(wú)缺膠，胎側(cè)光滑。

2.5 耐天候老化試驗(yàn)

為進(jìn)一步考察增強(qiáng)劑Creat-E1對(duì)膠料耐老化性能的影響，取大配合試驗(yàn)配方膠料與生產(chǎn)配方膠料的硫化試片同時(shí)放置于室外，經(jīng)過(guò)約半年時(shí)間的觀察，試樣均未出現(xiàn)異常。

2.6 成本分析

根據(jù)我公司的采購(gòu)成本計(jì)算，原配方胎側(cè)膠每千克成本為9.440元，使用增強(qiáng)劑Creat-E1后胎側(cè)膠每千克成本為9.205元，即胎側(cè)膠每千克成本減小0.23元。

3 結(jié)語(yǔ)

新型環(huán)保無(wú)機(jī)增強(qiáng)劑Creat-E1在工程機(jī)械輪胎膠料中雖然不能完全替代炭黑和白炭黑，但是根據(jù)輪胎各部件的性能要求，可以部分替代部分炭黑或/和白炭黑，以在提高膠料性能的基礎(chǔ)上有效地降低生產(chǎn)成本。