硫黃預分散母料在輪胎胎面膠中的應用

周宏斌，王寶金，石 超，丁元強

（怡維怡橡膠研究院有限公司，山東 青島 266045）

硫黃是橡膠最常用的交聯劑，硫黃與橡膠的反應程度決定膠料的物理性能。作為硫化體系助劑，硫黃、促進劑和硫化活性劑分散得越好，橡膠制品性能也越好。硫化活性劑一般在一段混煉時加入，分散比較均勻；為防止焦燒，硫黃和促進劑一般在終煉時加入，此時硫黃較難分散，導致硫化橡膠制品表面易出現粒狀物。解決硫黃分散問題常用的方法是把硫黃制備成預分散母料[1-2]。本工作考察粒狀和片狀硫黃預分散母料在輪胎胎面膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

粒狀硫黃預分散母料（直徑6～8 mm，長度10～15 mm），硫黃含量指標80%，載體丁苯橡膠（SBR）；粉末硫黃，青島金玉棱實業有限公司產品。促進劑NS，山東尚舜化工有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

S-144DR型硫黃測定儀，LECO公司產品；F270型密煉機，英國法雷爾公司產品；MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；XLB-D600×600型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產品；INSTRON3366型拉力機，英斯特朗公司產品；LX-A型邵氏硬度計，上海六菱儀器廠產品。

1.3 配方

采用11.00R20全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方考察粉末硫黃和硫黃預分散母料的性能，配方如表1所示。

表1 配方 份

1.4 混煉工藝

密煉機壓砣壓力0.6 MPa，轉子轉速20 r·min-1，轉子、密煉室和卸料門冷卻水溫度（25±5）℃。混煉工藝為：加入母煉膠、粉末硫黃或硫黃預分散母料、促進劑→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣40 s→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度105 ℃）。

1.5 性能測試

硫黃含量采用硫黃測定儀進行測試，燃燒溫度1350 ℃，試樣中加入硫化鋅作稀釋劑，使稀釋試樣硫黃含量小于60%。試樣的硫黃含量計算公式如下：

S=S1×（A+B）/A

式中，S為試樣硫黃含量，%；S1為試樣與硫化鋅混合物的硫黃含量，%；A為試樣質量，g；B為硫化鋅質量，g。

膠料性能按照相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫黃預分散母料的硫黃含量

隨機抽取20個硫黃預分散母料試樣，檢測其硫黃含量，結果見圖1。從圖1可以看出，20個試樣的硫黃含量都在79.9%～80.8%之間，說明該批次的硫黃預分散母料硫黃含量符合（80±1）%的企業標準，硫黃預分散母料質量均勻。

圖1 20個硫黃預分散母料試樣的硫黃含量

2.2 硫黃預分散母料對膠料性能影響

將粒狀硫黃預分散母料在開煉機上壓制成長20 cm、寬10 cm、厚6～8 mm的片狀硫黃預分散母料。再分別用硫黃、粒狀和片狀硫黃預分散母料制備胎面膠。從每種膠料的不同位置裁切8個試片，分別測試其硫化特性和物理性能，并計算標準偏差。

2.2.1 硫化特性

1#～3#配方膠料的硫化特性參數的標準偏差見表2。從表2可以看出：與添加粉末硫黃的1#配方膠料相比，添加硫黃預分散母料的2#配方和3#配方膠料硫化特性參數的標準偏差較小，說明硫黃預分散母料在膠料中的分散性較好。這是由于硫黃預分散母料的載體為SBR，SBR與NR的溶解度參數相近[3]，容易共混，因此硫黃預分散母料比粉末硫黃在膠料中的分散速度更快，分散性更好。從表2還可以看出，與添加片狀硫黃預分散母料的3#配方膠料相比，添加粒狀硫黃預分散母料的2#配方膠料的硫化特性參數標準偏差更小，這是由于片狀硫黃預分散母料與膠料接觸面積相對較小，在膠料中的分散性相對較差。

表2 膠料硫化特性參數的標準偏差（195 ℃）

2.2.2 物理性能

1#～3#配方膠料的物理性能及其標準偏差見表3。從表3可以看出：除3#配方膠料拉斷伸長率略大以外，3種膠料的物理性能無明顯差異。與1#配方膠料相比，2#和3#配方膠料的物理性能標準偏差較小，說明硫黃預分散母料在膠料中的分散性更好，膠料物理性能更穩定。

表3 膠料物理性能及其標準偏差

2.3 輪胎質量

由于粉末硫黃在混煉時會不可避免地飛揚到壓砣上或夾在卸料門縫隙里，長時間會形成硫黃顆粒，排膠時落到膠料中，在后續加工中無法分散，導致出現輪胎次品。

2014年1-5月我公司11.00R20輪胎次品數量見圖2。其中，2014年1-2月胎面膠使用粉末硫黃，3-5月胎面膠使用粒狀硫黃預分散母料。從圖1可以看出：在胎面膠中使用硫黃預分散母料后，我公司輪胎次品數量明顯減小，說明硫黃預分散母料替代粉末硫黃用于胎面膠中能明顯提高輪胎質量。

圖2 2014年1-5月我公司輪胎次品數量

3 結論

（1）與粉末硫黃相比，硫黃預分散母料在膠料中的分散性較好。

（2）與片狀硫黃預分散母料相比，粒狀硫黃預分散母料與膠料接觸面積較大，在膠料中的分散性較好。

（3）硫黃預分散母料膠料物理性能和粉末硫黃膠料相近，物理性能更穩定。

（4）硫黃預分散母料替代粉末硫黃用于胎面膠中能明顯提高輪胎質量，減少粉末硫黃因分散不良產生的輪胎次品數量。