新型環(huán)保加強(qiáng)型軟化劑SS-140在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

陳 宏，李艷臣，羅之祥，劉學(xué)民，劉 東，吳中華

[1.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，北京 100143；2.中國化工橡膠有限公司，北京 100080；3.中國石油大學(xué)（華東），山東 東營 257061；4.廣饒縣康斯唯紳新材料有限公司，山東 廣饒 257000]

近年來，隨著環(huán)保要求提高，高芳烴油因含有致癌性多環(huán)芳烴（PAHs），在出口歐美等國的輪胎中已經(jīng)被禁止使用[1-3]。高芳烴油的替代產(chǎn)品環(huán)保芳烴油（TDAE）應(yīng)運(yùn)而生，經(jīng)過精制處理后的TDAE去除了有毒的PAHs，環(huán)保性能達(dá)到要求，但其與橡膠的相容性下降，部分硫化膠性能有所降低。為此，廣饒縣康斯唯紳新材料有限公司開發(fā)了環(huán)保加強(qiáng)型軟化劑SS-140（簡稱軟化劑SS-140）。

軟化劑SS-140的主要成分是環(huán)保型高軟化點(diǎn)氧化瀝青，是輪胎及橡膠制品的溶劑型軟化劑。高軟化點(diǎn)氧化瀝青由于相對分子質(zhì)量大、粘度高，與橡膠的相容性好，不易遷出，能夠提高膠料粘性、擠出性能以及半成品挺性。軟化劑SS-140不僅保持了高軟化點(diǎn)氧化瀝青的加工性能優(yōu)勢，而且通過了德國BIU實(shí)驗(yàn)室的環(huán)保性能檢測，可作為TDAE的良好替代品。另外，軟化劑SS-140軟化點(diǎn)高，劑型為顆粒，投料不需要使用管道輸送系統(tǒng)，可與其他橡膠助劑一起直接加入密煉機(jī)，使用方便。

本工作研究軟化劑SS-140在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SCR5，云南農(nóng)墾集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；軟化劑SS-140，廣饒縣康斯唯紳新材料有限公司產(chǎn)品；TDAE，牌號V500，德國漢圣公司產(chǎn)品。

1.2 配方

NR，100；白炭黑，15；炭黑，40；硫黃，2；促進(jìn)劑，1.4；軟化劑（變品種），6；其它，15.5；合計(jì)：179.9。

1.3 主要設(shè)備與儀器

1.57 L本伯里型密煉機(jī)，英國法雷爾公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；M200E型門尼粘度試驗(yàn)儀和C2000E型無轉(zhuǎn)子硫化儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；5567型高低溫材料試驗(yàn)機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；RCC-Ⅰ型橡膠動態(tài)切割試驗(yàn)機(jī)，北京萬匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

膠料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度80 ℃；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速80 r·min-1。混煉工藝為：生膠小料炭黑和軟化劑清掃排膠（溫度≤170 ℃）。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行。加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→促進(jìn)劑和硫黃→薄通6次→下片。

1.5 性能測試

膠料性能按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 軟化劑SS-140的理化性能

軟化劑SS-140的理化性能見表1。從表1可以看出，軟化劑SS-140的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 軟化劑SS-140的理化性能

2.2 軟化劑SS-140的環(huán)保性能

將軟化劑SS-140送至德國BIU實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行環(huán)保性能檢測，結(jié)果見表2。從表2可以看出，軟化劑SS-140中苯并（a）芘（BaP）含量和8種關(guān)鍵PAHs含量符合歐盟2005/69/EC指令對輪胎用軟化劑的要求。

表2 軟化劑SS-140的環(huán)保性能

2.3 混煉膠性能

混煉膠性能見表3。從表3可以看出，添加軟化劑SS-140的膠料門尼粘度和門尼松弛面積略大于添加TDAE的膠料，這有利于提高輪胎胎面膠的粘性和半成品挺性；在膠料中添加軟化劑SS-140可延長膠料的門尼焦燒時(shí)間；添加軟化劑SS-140的膠料MH大于添加TDAE的膠料，但硫化速度稍慢，這是由于軟化劑SS-140中含有較多PAHs，能夠與硫化劑發(fā)生反應(yīng)，消耗一定的硫化劑，有延遲硫化的作用，軟化劑SS-140實(shí)際應(yīng)用時(shí)可相應(yīng)調(diào)整膠料的硫化體系。

表3 混煉膠性能

2.4 硫化膠性能

2.4.1 物理性能

硫化膠物理性能見表4。從表4可以看出：與添加TDAE的硫化膠相比，添加軟化劑SS-140的硫化膠硬度略高，定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率基本相當(dāng)，撕裂強(qiáng)度較大，耐老化性能相近。可見添加軟化劑SS-140的硫化膠具有較好的物理性能，能夠滿足輪胎胎面膠物理性能要求。

表4 硫化膠物理性能

2.4.2 耐磨性能和抗切割性能胎面膠的耐磨性能和抗切割性能對載重子午線輪胎的使用壽命有重要影響。硫化膠耐磨性能和抗切割性能見圖1和2。從圖1可以看出，添加軟化劑SS-140的硫化膠耐磨性能與添加TDAE的硫化膠相當(dāng)。從圖2可以看出，添加軟化劑SS-140的硫化膠的抗切割性能顯著優(yōu)于添加TDAE的硫化膠。

圖1 硫化膠耐磨性能

圖2 硫化膠抗切割性能

2.5 硫化體系優(yōu)化

軟化劑SS-140的主要成分是氧化瀝青。由于瀝青中含有大量PAHs，會消耗一定量的硫黃，因此需要對配方中硫化體系進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。優(yōu)化配方硫化膠性能見表5。從表5可以看出，適當(dāng)增大硫黃用量，硫化膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率、耐磨性能和撕裂性能均顯著提高，最佳硫黃用量為2.2份。這主要是由于硫黃用量增大，膠料的交聯(lián)密度提高，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)趨于完善，硫化膠性能有效提升。但硫黃用量不宜過大，硫黃用量進(jìn)一步增大，盡管有利于提高硫化膠的拉伸強(qiáng)度，但會降低硫化膠的抗撕裂性能和耐磨性能。

表5 硫化體系優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）軟化劑SS-140的環(huán)保性能符合歐盟2005/69/EC指令要求，軟化點(diǎn)高，劑型為顆粒。軟化劑SS-140在工業(yè)化生產(chǎn)中使用方便。

（2）在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中加入軟化劑SS-140，膠料的門尼粘度和門尼松弛面積增大，這有利于提高輪胎胎面膠的粘性和半成品挺性。采用適當(dāng)?shù)牧蚧w系，硫化膠具有良好的物理性能，尤其具有優(yōu)異的抗撕裂性能和抗切割性能。

（3）軟化劑SS-140完全可以替代TDAE用于全鋼載重子午線輪胎胎面膠。