白炭黑在寬基工程機械輪胎胎面基部膠中的應用

霍柱輝

（中國化工橡膠桂林有限公司，廣西 桂林 541004）

白炭黑作為補強材料已在輪胎中廣泛應用。用白炭黑部分或全部替代炭黑用于胎面膠中，可以降低輪胎的滾動阻力，同時提高抗刺扎、抗崩花掉塊和抗濕滑性能。工程機械輪胎胎面基部膠要求具有低生熱和良好的抗撕裂性能、耐熱性能和耐疲勞性能。寬基工程機械輪胎由于行駛速度慢、行駛里程短，胎面基部膠生熱要求相對較低，因此不少生產廠家仍然使用全炭黑胎面基部膠配方。近幾年，石油價格飛漲，嚴重依賴石油產業的炭黑價格一直處于高位運行。相反，隨著白炭黑生產技術的進步和白炭黑應用技術的日趨成熟和推廣，炭黑與白炭黑的價格發生了逆轉，現在白炭黑價格僅為硬質炭黑價格的80%左右。白炭黑作為綠色環保材料，適量代替炭黑用于胎面膠，并調整配方，可以在保證胎面膠性能的同時降低生產成本，提高企業經濟效益。本工作主要以降低成本為目的，在寬基工程機械輪胎胎面基部膠中用適量白炭黑部分替代硬質炭黑，并且不加入硅烷偶聯劑，研究寬基工程機械輪胎胎面基部膠性能的變化。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），云南昆明新高深橡膠有限公司產品；炭黑N220，N330和N326，成都眾一化工銷售有限公司提供；白炭黑N975[二氧化硅質量分數為0.91，加熱減量（105 ℃×2 h）為5.7%，pH值為6.7，150μm篩余物質量分數為2.8×10-3，灼燒減量（900 ℃×2 h）為6.3%]，山東聯科白炭黑有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：NR/合成橡膠，100；炭黑N220，30；炭黑N326，20；芳烴油，5；活性劑，8；防老劑，4.5；硫黃和促進劑，2.4；其它，3.5；合計173.4。

試驗配方A：NR/合成橡膠，100；炭黑N330，40；白炭黑N975，10；芳烴油，5；活性劑，8；防老劑，4.5；硫黃和促進劑，2.55；其它，3.5；合計173.55。

試驗配方B：除用40份炭黑N220代替10份炭黑N330外，其余組分與試驗配方A相同。

1.3 主要設備與儀器

Φ160×320開煉機，廣東省湛江機械廠產品；BB-2型密煉機和BB370型密煉機，日本神戶制鋼公司產品；GK270型密煉機，上海昊華橡膠機械廠產品；XLB2Q型平板硫化機，浙江湖州宏圖機械有限公司產品；EKT-2001MC型門尼粘度儀，曄中科技有限公司產品；RHeometer（100S）型硫化儀，美國孟山都公司產品；微機控制拉力試驗機，廣西師范大學秀峰電器廠產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料混煉分2段進行。一段混煉在BB-2型密煉機中進行，混煉工藝為：生膠→提壓砣活性劑、防老劑等炭黑、白炭黑芳烴油清掃、壓壓砣排膠，停放4 h。二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→通過5次→硫黃、促進劑→薄通5次→通過3次→左右割刀3次→出片（總混煉時間約6 min）。

大配合試驗膠料混煉分2段進行。一段混煉在BB370型密煉機中進行，轉子轉速50 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料、炭黑、白炭黑→提壓砣芳烴油清掃、壓壓砣排膠（170±5 ℃）。二段混煉在GK270型密煉機中進行，轉子轉速20 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進劑清掃、壓壓砣清掃、壓壓砣排膠（105 ℃）。

1.5 性能測試

膠料各項性能測試均按相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 小配合試驗

小配合試驗結果見表1。

表1 小配合試驗結果

從表1可以看出：與生產配方膠料相比，使用10份白炭黑等量替代炭黑的試驗配方膠料門尼粘度增大，這是白炭黑表面結構高且沒有加入偶聯劑所致；焦燒時間縮短，這是因為在配方設計時考慮到白炭黑對促進劑的吸附作用而增大促進劑用量所致，使用炭黑N220的試驗配方B膠料的焦燒時間比使用炭黑N330的試驗配方A膠料更短；其他硫化特性相差不大；硬度和耐熱老化性能基本相當；拉伸強度和拉斷伸長率稍有降低，但仍然保持較好的水平；300%定伸應力及撕裂強度有所提高。根據配方設計經驗，在炭黑N220，N330和N326膠料中，炭黑N330膠料一般具有較高的300%定伸應力，試驗配方A膠料的300%定伸應力也說明了這一點，試驗配方A膠料使用炭黑N330替代炭黑N220及N326，還彌補了添加白炭黑引起膠料300%定伸應力下降的缺點；試驗配方A膠料的壓縮生熱明顯降低，這是因為炭黑N330和白炭黑配合比炭黑N220和N326配合更有利于降低膠料生熱；試驗配方B膠料除300%定伸應力比試驗配方A膠料稍低外，其余性能與試驗配方A膠料相近。

根據小配合試驗結果，采用試驗配方A進行大配合試驗，并適當調整促進劑用量。

2.2 大配合試驗

大配合試驗結果見表2。

表2 大配合試驗結果

從表2可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度稍高；試驗配方膠料的促進劑用量調整后，焦燒時間與生產配方膠料的焦燒時間基本一致，保證了加工安全性；試驗配方膠料的硬度和耐熱老化性能基本相當，拉伸強度和拉斷伸長率稍降低，300%定伸應力和撕裂強度提高，壓縮生熱明顯降低，這有利于減少肩空、脫層等質量缺陷。大配合試驗結果與小配合試驗結果基本一致。

2.3 工藝性能

按照大配合試驗混煉工藝，炭黑和白炭黑同時加入，共混煉5車試驗配方膠料，一段混煉膠排膠溫度與生產配方膠料并無異常，基本在167～172℃，排膠時膠料呈連續塊狀，出片平整光滑，膠片斷面無明顯的白炭黑顆粒，說明白炭黑分散良好；終煉膠未出現焦燒、收縮、粗糙現象，膠片表面光滑，斷面較細膩。用熱喂料擠出機擠出工程機械輪胎胎面基部膠片，膠料稍硬，但包輥性能良好，擠出工藝正常，擠出溫度低于110 ℃，擠出膠片表面未出現熟膠、豁邊等質量問題，表面較光滑，尺寸及質量均符合工藝技術要求。輪胎成型工序中，試驗膠料的膠片貼合成型時，與緩沖層粘合性能良好，接頭平整。

2.4 成品性能

用試驗配方膠料試制23.5－25 16PR L-3工程機械輪胎，成品輪胎物理性能如表3所示。

表3 23.5-25 16PR L-3試驗輪胎的物理性能

從表3可以看出，試驗輪胎的物理性能良好，達到國家標準要求，胎面與緩沖膠的粘合強度遠高于國家標準要求。

2.5 成本分析

經測算，與采用生產配方相比，采用試驗配方生產的寬基工程機械輪胎胎面基部膠每車膠料成本降低37.9元，每千克膠料成本降低0.219元，按每條23.5－25 16PR L-3工程機械輪胎胎面基部膠質量為48.7 kg計算，每條輪胎成本可降低約10元，按年產10萬條輪胎計算，每年可節約成本100萬元。

3 結論

（1）采用適量白炭黑部分替代炭黑，不加入偶聯劑，同時使用炭黑N330替代炭黑N220和N326，膠料的300%定伸應力和撕裂強度有所提高，壓縮生熱明顯降低，拉伸強度和拉斷伸長率有所降低，但仍保持較高的水平；成品輪胎物理性能符合國家標準要求，且生產成本降低。

（2）在寬基工程機械輪胎胎面基部膠中使用10份白炭黑部分替代炭黑是可行的。根據試驗結果，結合不同規格寬基工程機械輪胎的特定使用條件，通過改進配方可以進一步提高白炭黑用量。