白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

陳 慧

（江蘇愛特恩高分子材料有限公司，江蘇 常州 213164）

白炭黑部分或全部替代炭黑用于綠色輪胎胎面膠中，可以降低輪胎的滾動(dòng)阻力、提高輪胎的抗刺扎性能、抗崩花掉塊性能和抗?jié)窕阅躘1-2]。白炭黑雖然賦予胎面膠良好的性能，但由于其分子極性強(qiáng)，與烴類橡膠分子相容性差，在膠料中不易分散，加工性能差，因此其在胎面膠中的應(yīng)用受到很大的限制。

為了提高白炭黑在膠料中的分散性和加工性能，國(guó)內(nèi)外對(duì)白炭黑進(jìn)行了預(yù)分散處理、超細(xì)納米化處理、改性處理的研究，開發(fā)了提高白炭黑分散性的加工助劑，例如德國(guó)S&S公司的白炭黑分散劑EF44（脂肪酸酯和鋅皂與各種表面活性劑的混合物）、德國(guó)萊茵公司的白炭黑分散劑ST（特殊鋅皂、烴類與填料的混合物）和GT（特定相對(duì)分子質(zhì)量分布的脂肪酸鋅皂）、我國(guó)陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司的白炭黑分散劑HST、江蘇愛特恩高分子材料有限公司的白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W等。

白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的主要成分是經(jīng)表面處理過(guò)的具有層疊交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)酸酯分子，可明顯改善白炭黑膠料的加工性能，提高白炭黑在膠料中的分散性。本工作主要研究白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W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

丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1712，充高芳烴油37.5份，中國(guó)石化齊魯石油化工公司產(chǎn)品；白炭黑，確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品；白炭黑分散劑ST，德國(guó)萊茵化學(xué)公司產(chǎn)品；白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W，江蘇愛特恩高分子材料有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

XSM-1/10~120型密煉機(jī)，大連大通偉業(yè)橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GK270型密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XSK-160型開煉機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；900×900三層平板硫化機(jī)，青島嘉瑞橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-7080-S2型門尼粘度計(jì)、GT-M2000-A型密閉模硫化儀和GT-7012-D型阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)，臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；JSM670F型掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子株式會(huì)社廣州事務(wù)所產(chǎn)品；AGS-5KN型拉力試驗(yàn)機(jī)，珠海市三思泰捷電氣設(shè)備有限公司產(chǎn)品；DMA242型動(dòng)態(tài)熱力學(xué)分析儀，北京清大智杰科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.3 配方

1.3.1 小配合試驗(yàn)

T1配方：天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR），30/96.25；白炭黑，65；炭黑N330，6；氧化鋅，5；硬脂酸，2；偶聯(lián)劑Si69，6.5；防老劑4020和RD，3；防護(hù)蠟，1；操作油，6；硫黃和促進(jìn)劑D/CZ，5；其它，4；合計(jì)，229.75。

T2配方：白炭黑分散劑ST，3；其余組分同T1配方；合計(jì)，232.75。

T3配方：白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W，3；其余組分同T1配方；合計(jì)，232.75。

1.3.2 大配合試驗(yàn)

A1配方：NR/SBR1712，30/96.25，炭黑N330，45；白炭黑，10；氧化鋅，5；硬脂酸，2；偶聯(lián)劑Si69，1；防老劑，3；其它，8.5；合計(jì)，200.75。

A2配方：白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W，3；其余組分同A1配方；合計(jì)，203.75。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗(yàn)

膠料混煉采用3段工藝進(jìn)行，一段和二段混煉在XSM-1/10~120型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1，三段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行。為了達(dá)到理想的效果，白炭黑、白炭黑分散劑和偶聯(lián)劑應(yīng)在其它配合劑之前加入，以防止其它配合劑占據(jù)白炭黑表面而使其活性受到影響或被其它配合劑吸收。

一段混煉工藝為：生膠→1/2白炭黑、1/2偶聯(lián)劑、1/2操作油、白炭黑分散劑、硬脂酸→剩余1/2白炭黑、剩余1/2偶聯(lián)劑、剩余1/2操作油、氧化鋅、防護(hù)蠟、防老劑→排膠（溫度135~140 ℃）→停放24 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠排膠（溫度135~140 ℃）→停放24 h；三段混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→薄通→下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

膠料混煉采用2段工藝進(jìn)行。一段、二段和三段混煉均在GK270型密煉機(jī)中進(jìn)行，一段和二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1；三段轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠→小料→白炭黑、2/3炭黑→操作油→排膠（溫度155~165 ℃）→停放4~8 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠→剩余1/3炭黑→排膠（溫度135~140 ℃）→停放4~8 h；三段混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→排膠（溫度不高于105 ℃）→停放4~8 h。

1.5 性能測(cè)試

用流變儀測(cè)試混煉膠的注入速率，用動(dòng)態(tài)熱力學(xué)分析儀測(cè)試硫化膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，用SEM觀察白炭黑在膠料中的分散情況，膠料其它性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的理化性能如表1所示。

從表1可以看出，白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的理化性能

2.2 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料性能見表2。

從表2可以看出：與T1配方膠料相比，添加白炭黑分散劑ST的T2配方膠料和添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的T3配方膠料的門尼粘度較小，注入速率較快，密煉機(jī)能耗較小；T3配方膠料加工性能略優(yōu)于T2配方膠料，這是由于白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W中的有機(jī)羧酸酯具有良好的塑解性、潤(rùn)滑性以及與橡膠的相容性。

從表2還可以看出：與T1配方膠料相比，T2配方和T3配方膠料的ML較小，這與膠料的門尼粘度較小相對(duì)應(yīng)；MH相當(dāng)，t10和t90略長(zhǎng)；硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度略低，但相差不大；拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度較大，阿克隆磨耗量略小，生熱較低；0 ℃時(shí)的tanδ較大，60 ℃時(shí)的tanδ較小，說(shuō)明膠料的抗?jié)窕阅茌^好，滾動(dòng)阻力較低。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料性能

3種小配合試驗(yàn)?zāi)z料的SEM照片（放大3000倍）如圖1所示。從圖1可以看出：T1配方膠料中有多個(gè)未分散的白炭黑顆粒，添加白炭黑分散劑ST的T2配方和添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的T3配方膠料白炭黑分散性較好；與T2配方膠料相比，T3配方膠料的白炭黑分散性更好，即白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W明顯改善了白炭黑顆粒在膠料中分散不均而產(chǎn)生的結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，這是由于白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W中的羧酸基團(tuán)對(duì)橡膠具有良好的浸潤(rùn)性，降低了白炭黑的極性，使強(qiáng)極性物質(zhì)在非極性橡膠中穩(wěn)定分散，提高了其在白炭黑和橡膠界面的乳化分散功能。

圖1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料白炭黑分散的SEM照片

2.3 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料性能見表3。

從表3可以看出：與A1配方膠料相比，添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的A2配方膠料門尼粘度較小，ML，MH，t10和t90相當(dāng)；硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度相當(dāng)，拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度較大，阿克隆磨耗量較小，耐熱空氣老化性能略好。大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本相同。

表3 大配合試驗(yàn)?zāi)z料性能

2.4 成品輪胎性能

用A2配方膠料試制10.00R20 16RP全鋼載重子午線輪胎，并按照GB/T 4501—2008進(jìn)行成品性能試驗(yàn)，結(jié)果見表4。

從表4可以看出，試驗(yàn)輪胎的強(qiáng)度性能和耐久性能均比生產(chǎn)輪胎略好，完全能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表4 成品輪胎性能試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W能有效降低膠料混煉能耗，減小膠料門尼粘度，提高膠料流動(dòng)性，從而提高膠料的注入速率和混煉效率。

（2）添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的膠料白炭黑分散性更好，拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度較大，阿克隆磨耗量較小，生熱較低，抗?jié)窕阅茌^好，滾動(dòng)阻力較低。

（3）添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W胎面膠試制的成品輪胎強(qiáng)度性能和耐久性能略好，完全能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

參考文獻(xiàn)：[1] 潘廣麗，董彩麗，于國(guó)鴻．加工助劑在白炭黑胎面膠

中的應(yīng)用[J]．輪胎工業(yè)，2004，24（9）：535-538．[2] 江畹蘭．添加加工助劑改善填充膠料的加工性能[J]．

世界橡膠工業(yè)，2004，31（4）：16-18.