沉淀法白炭黑ZC-120MP在低滾動阻力全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用

冉宇寧，佘騰龍，王 丹，朱碧柱

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

按生產工藝分，白炭黑主要有沉淀法白炭黑和氣相法白炭黑。沉淀法白炭黑價格低廉，且具有較好的補強性能，與硅烷偶聯劑共同作用可降低膠料滯后損失，因此廣泛應用于輪胎生產中。但不同沉淀法白炭黑產品因粒徑和結構不同，對膠料的補強性能、耐磨性能和滾動阻力等影響不同。隨著對輪胎滾動阻力降低以及濕抓著性能改善要求的持續提高，各種白炭黑產品的應用研究進一步深入。

沉淀法白炭黑ZC-120MP是一種具有高分散性、高純度、較大粒徑和高結構的白炭黑新產品。本工作主要研究沉淀法白炭黑ZC-120MP在全鋼載重子午線輪胎胎面上層膠和胎面基部膠中的應用，考察其對輪胎滾動阻力和耐久性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國普吉宏曼麗（橡膠）有限公司產品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化北京燕山石油化工有限公司產品；炭黑N234，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；沉淀法白炭黑ZC-120MP，福建正盛無機材料股份有限公司產品；常用白炭黑（無定形沉淀法白炭黑），國產產品。

1.2 主要設備與儀器

152.4 mm（6英寸）開煉機和平板硫化機，青島巨融機械技術有限公司產品；3 L密煉機和F-270型密煉機，英國法雷爾公司產品；PX-420型密煉機，意大利POMINI公司產品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；T2000E型電子拉力機和Y3000E型壓縮生熱試驗機，北京友深電子儀器有限公司產品；EPH-50型橡膠回彈儀，英國SATRA公司產品；GT-7012-D型DIN磨耗試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品；DMA2980型動態力學分析儀，美國杜邦公司產品；TJR-RR-TB（Y）型載重輪胎滾動阻力試驗機，天津久榮車輪技術有限公司產品。

1.3 配方

（1）全鋼載重子午線輪胎胎面上層膠配方

試驗配方：NR，60；BR，40；炭黑N234，45；白炭黑ZC-120MP，15；氧化鋅，3.5；硬脂酸，2；促進劑CBS，1.3；硫黃，1.3；其他，9.8；合計，177.9。

生產配方：除白炭黑為常用白炭黑之外，其余同試驗配方。

（2）全鋼載重子午線輪胎胎面基部膠配方

試驗配方：NR，100；炭黑N234，15；白炭黑ZC-120MP，45；芳烴油，10；氧化鋅，3.5；硬脂酸，2；偶聯劑Si69，10；促進劑TBBS，1.3；促進劑DPG，1；硫黃，1.8；其它，12.75；合計，202.35。

生產配方：除白炭黑為常用白炭黑之外，其余同試驗配方。

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3 L密煉機中進行，轉子轉速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠和小料→壓壓砣→提壓砣→炭黑和白炭黑→壓壓砣→提壓砣（溫度110 ℃）→芳烴油→排膠（溫度145 ℃）；二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→薄通6次→打1個卷后下片。

大配合試驗膠料混煉分4段進行。一、二、三段在PX-420型密煉機中進行，轉子轉速由40 r·min-1降至25 r·min-1，每段之間停放8～12 h。一段混煉工藝為：生膠→炭黑、白炭黑→氧化鋅、偶（溫度110 ℃）→芳烴油→排膠（溫度150 ℃）；二段加料順序為：一段混煉膠→剩余小料→排膠（溫度140 ℃）；三段混煉不加任何配料，135 ℃排膠；四段混煉在F270型密煉機中進行，轉子轉速20 r·min-1，混煉工藝為：三段混煉膠→硫黃、促進劑→排膠（溫度105 ℃）。

1.5 性能測試

動態力學性能測試條件為應變0.25%，頻率10 Hz，溫度30～100 ℃，升溫速度2 ℃·min-1。膠料其他性能測試均按照相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 理化分析

白炭黑ZC-120MP的理化性能見表1。從表1可以看出，與常用白炭黑相比，白炭黑ZC-120MP 的DBP吸收值較高，比表面積很小，即白炭黑ZC-120MP具有較大的粒徑與很高的結構。

表1 白炭黑ZC-120MP的理化性能

2.2 小配合試驗

2.2.1 未硫化膠性能

（1）加工特性

小配合試驗膠料的加工特性見表2。從表2可以看出：無論是胎面上層膠還是胎面基部膠，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度和ML較小，門尼松弛直線斜率絕對值較大，表明白炭黑ZC-120MP膠料的加工性能優于常用白炭黑膠料；門尼焦燒時間較短，說明白炭黑ZC-120MP膠料的加工安全性能稍差。

表2 小配合試驗膠料的加工特性

（2） 硫化特性

小配合試驗膠料的硫化特性見表3。從表3可以看出，無論是胎面上層膠還是胎面基部膠，與生產配方相比，試驗配方膠料的t10，t50和t90及門尼焦燒時間△t30均稍短，表明白炭黑ZC-120MP膠料的硫化速度比常用白炭黑膠料快。

表3 小配合試驗膠料的硫化特性

2.2.2 硫化膠性能

小配合試驗的硫化膠性能見表4。從表4可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的彈性較好，壓縮生熱較低，tanδ較小，表明白炭黑ZC-120MP膠料的滾動阻力低于常用白炭黑膠料；試驗配方膠料的磨耗量和切削減量較大，撕裂強度、G′和G″較小，其余性能與生產配方膠料相當。綜合得出，白炭黑ZC-120MP用于胎面基部膠，既能降低輪胎滾動阻力，又不會影響輪胎的耐磨性能。

表4 小配合試驗硫化膠性能

2.3 大配合試驗

從綜合性能考慮，選擇胎面基部膠配方進行大配合試驗，結果見表5。從表5可以看出，胎面基部膠的大配合與小配合試驗結果基本一致。

表5 胎面基部膠大配合試驗結果

2.4 成品輪胎性能

以大配合試驗胎面基部膠試制輪胎，成品輪胎性能見表6。從表6可以看出，與生產輪胎相比，試驗輪胎的滾動阻力因數減小，耐久性能提高。

表6 成品輪胎性能

3 結論

在全鋼載重子午線輪胎胎面基部膠中，用白炭黑ZC-120MP替代常用白炭黑，膠料的加工性能較好、硫化速度加快，可以進一步提高硫化效率；膠料的生熱低、彈性好，耐磨性能不受影響；成品輪胎的滾動阻力降低，耐久性能提高。