環保型硫化劑WK-7在全鋼子午線輪胎胎面基部膠中的應用

董凌波，呂丹丹，劉恩冉，李 鵬，劉 謙

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

硫化劑DTDM（4，4′-二硫代二嗎啡啉）在有效和半有效硫化體系中用作硫黃給予體，在天然橡膠（NR）和合成橡膠中具有防老化和抗硫化返原等作用[1-2]。硫化劑DTDM受熱分解出有毒的氮氧化物和硫氧化物煙霧，有害身體健康。為提高膠料性能，滿足環保要求，硫化劑DTDM的環保替代產品TB710和DTDC等成為橡膠行業的研究熱點。

環保型硫化劑WK-7（烷基酚二硫化物）含有活性硫，受熱后具有硫化作用且無氮氧化物等毒性物質產生，可作為硫化劑DTDM的環保替代品[3]。

本工作研究硫化劑WK-7替代硫化劑DTDM在全鋼子午線輪胎輪胎胎面基部膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，牌號SMR20，馬來西亞產品；炭黑N375，山東貝斯特化工有限公司產品；白炭黑，山東振興化工有限公司產品；硫化劑WK-7，淄博萬科化工有限公司產品；硫化劑DTDM，市售品。

1.2 主要設備與儀器

XK-160型開煉機，沈陽橡膠機械有限公司產品；GK400型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；TS-2000M型電子拉力機，高鐵檢測儀器有限公司產品；EPLEXOR 500N型動態力學分析儀，德國高寶公司產品；輪胎耐久試驗機，天津賽象科技股份有限公司產品。

1.3 配方

1#配方：NR 100，炭黑和白炭黑 50，氧化鋅 4，硬脂酸 2，防老劑 3.5，防焦劑CTP 0.2，硫黃 1.5，硫化劑DTDM 0.5，促進劑NS 1.2，其他 4.5。

2#配方：除硫化劑DTDM改為硫化劑WK-7外，其他組分和用量同1#配方。

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料分兩段混煉。

（2）大配合試驗

大配合試驗膠料分兩段混煉，均在密煉機中進行。

一段混煉工藝同小配合試驗膠料。

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1.5 性能測試

（1）動態力學性能

硫化膠的動態力學性能采用動態力學分析儀進行測試，測試條件為：頻率 10 Hz，靜態應變 5%，動態應變 5%，升溫速率 3 ℃·min-1，溫度 30～80 ℃。

（2）耐久性能

成品輪胎的耐久性能先按照GB/T 4501—2008《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行測試，試驗條件為：充氣壓力 830 kPa，額定負荷 3 350 kg，試驗速度 70 km·h-1；完成標準規定程序后，每10 h負荷增大10%繼續進行試驗，負荷至140%保持恒定，至輪胎損壞為止。

（3）其他

膠料其他性能按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

硫化劑WK-7的理化性能如表1所示。從表1可以看出，硫化劑WK-7的硫質量分數為0.289，軟化點為108 ℃，達到企業標準要求。

表1 硫化劑WK-7的理化性能

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

小配合試驗混煉膠的硫化特性如表2所示。從表2可以看出，與硫化劑DTDM混煉膠相比，硫化劑WK-7混煉膠的FL和硫化返原率略有減小，Fmax減小，t10和t90縮短，這表明硫化劑WK-7混煉膠的硫化速率增大，交聯密度減小。

表2 小配合試驗混煉膠的硫化特性（150 °C）

2.2.2 物理性能

小配合試驗硫化膠的物理性能如表3所示。從表3可以看出：與硫化劑DTDM硫化膠相比，硫化劑WK-7硫化膠的邵爾A型硬度和定伸應力略有減小，這可能與硫化劑WK-7硫化膠的交聯密度相對較低有關；拉伸強度和回彈值相當，拉斷伸長率和撕裂強度增大；熱空氣老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率較小，這表明硫化劑WK-7硫化膠的耐熱空氣老化性能較好。

表3 小配合試驗硫化膠的物理性能

2.2.3 動態力學性能

小配合試驗硫化膠的損耗因子（tanδ）-溫度曲線如圖1所示。從圖1可以看出，在整個溫度掃描范圍內，與硫化劑DTDM硫化膠相比，硫化劑WK-7硫化膠的tanδ略有增大，即生熱略升高，這與其交聯密度較小有關。

圖1 小配合試驗硫化膠的tanδ-溫度曲線

2.3 大配合試驗

2.3.1 硫化特性

大配合試驗混煉膠的硫化特性如表4所示。從表4可以看出，與硫化劑DTDM混煉膠相比，硫化劑WK-7混煉膠的FL和硫化返原率略有減小，Fmax減小，t10和t90縮短，這與小配合試驗結果基本一致。

表4 大配合試驗混煉膠的硫化特性（150 °C）

2.3.2 物理性能

大配合試驗硫化膠的物理性能如表5所示。從表5可以看出，與硫化劑DTDM硫化膠相比，硫化劑WK-7硫化膠的定伸應力略有減小，邵爾A型硬度、拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度和回彈值相差不大，耐熱空氣老化性能相當，這與小配合試驗結果基本一致。

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能

2.4 成品輪胎性能

分別采用1#和2#配方膠料試制12R22.5全鋼子午線輪胎并對其進行室內機床耐久性能測試，結果如表6所示。從表6可以看出，采用2#配方膠料試制的成品輪胎耐久性能與采用1#配方膠料試制的成品輪胎相當或略有提高，說明硫化劑WK-7可作為硫化劑DTDM的環保替代產品應用于全鋼子午線輪胎胎面基部膠中。

表6 成品輪胎耐久性能試驗結果

3 結論

（1）與硫化劑DTDM膠料相比，硫化劑WK-7混煉膠的硫化返原率略有減小，硫化速率增大，交聯密度減?。涣蚧z的定伸應力略有減小，邵爾A型硬度、拉伸強度和回彈值變化不大，耐熱空氣老化性能相當，生熱略有升高。

（2）采用硫化劑WK-7基部膠試制的輪胎耐久性能與采用硫化劑DTDM基部膠試制的輪胎相當。

硫化劑WK-7可作為硫化劑DTDM的環保替代產品應用于全鋼子午線輪胎胎面基部膠中。