環保塑解劑在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中的應用

齊 婷，張家翔，霍柱輝

（1.中國化工橡膠桂林輪胎有限公司，廣西 桂林 541805；2.桂林國際電線電纜集團有限責任公司，廣西 桂林 541100）

全鋼載重子午線輪胎帶束層膠基本上采用全天然橡膠（NR），且加入大用量的炭黑和白炭黑，以保證膠料具有較好的粘性和較大的定伸應力，利于膠料與鋼絲粘合和輪胎成型貼合。為改善帶束層膠的加工性能，降低膠料的門尼粘度和塑性值，可以通過膠料多段混煉，也可通過在膠料中添加增塑劑來實現[1]。膠料多段混煉周期長且能量消耗大，生產效率低；而添加增塑劑可提高生產效率，是目前常用的一種方法。

增塑劑可分為物理增塑劑和化學增塑劑（塑解劑），出于性能、成本等多方面的考慮，帶束層膠較少使用物理增塑劑。相對于物理增塑劑，塑解劑在膠料中使用時具有引發并促進大分子鏈斷裂、改善加工性能、提高塑煉效率和降低能耗的作用[2-3]，并具有用量小、成本低和效果好等優點。原來使用的塑解劑多為塑解劑SJ-103（五氯硫酚），由于環保問題，其生產和使用已受限制，已逐步被環保型化學塑解劑替代使用。目前國內生產的環保型塑解劑基本為2，2′-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物的復配物。

本工作在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中對塑解劑RP68，A88，A89和A這4種2，2′-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物塑解劑進行對比試驗，探究其塑煉效果及對膠料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產品；炭黑N375和白炭黑HM-2170，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；塑解劑RP68，國內A公司產品；塑解劑A88和A89，國內B公司產品；塑解劑A，市售品。

1.2 配方

生產配方：NR 100，炭黑/白炭黑 52，氧化鋅 8，防老劑 3.5，不溶性硫黃/促進劑 6.2，其他 10.7。

1#—4#試驗配方分別添加0.5份塑解劑RP68，A88，A89和A，其余組分和用量與生產配方相同。

1.3 主要設備和儀器

Φ160×320型開煉機，廣東省湛江機械廠產品；BB-2型密煉機，日本神戶制鋼公司產品；GK400N和GK255N型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；XLB-D 400×400型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；MV-3000型門尼粘度試驗機和TCS-2000型電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 塑煉膠和混煉膠制備

1.4.1 塑煉膠

NR塑煉在BB-2型密煉機中進行，密煉機轉子轉速為40 r·min-1，密煉室溫度為（75±5） ℃，塑煉工藝為：NR和塑解劑→壓壓砣50s提壓砣，翻膠50s壓壓砣60s排膠至Φ160×320型開煉機，塑煉膠在開煉機上過輥（輥距3.5 mm）3次，下片。膠片冷卻，停放1 h。

1.4.2 混煉膠

小配合試驗膠料混煉分兩段進行。一段混煉在BB-2型密煉機中進行，混煉工藝為：NR→提壓砣50s塑解劑、活性劑和防老劑等小料20s炭黑和白炭黑40s清掃，壓壓砣40s排膠，停放4 h。二段混煉在Φ160×320型開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→過輥5次→硫黃和促進劑→薄通5次→過輥3次→左右割刀3次→出片（總混煉時間約6 min）。

大配合試驗膠料混煉分四段進行，塑解劑和小料一起稱裝在同一個投料袋中。一、二、三段混煉在GK400N型密煉機中進行，密煉室溫度均為150 ℃。一段混煉轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：NR、小料和炭黑35s提壓砣40s清掃，壓壓砣30s排膠（170±5 ℃）。二段混煉轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠和白炭黑25s提壓砣40s清掃，壓壓砣30s排膠（150±5 ℃）。三段混煉轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠25s提壓砣40s清掃，壓壓砣30s排膠（150±5 ℃）。四段混煉在GK255N型密煉機中進行，轉子轉速為20 r·min-1，密煉室溫度為150 ℃。混煉工藝為：三段混煉膠→硫黃和促進劑40s清掃，壓壓砣45s清掃，壓壓砣15s排膠（105 ℃）。

1.5 性能測試

各項性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 塑煉試驗

4種塑解劑對NR塑煉膠門尼粘度和門尼應力松弛性能的影響如表1所示。

從表1可以看出，與未加塑解劑的塑煉膠相比，添加塑解劑的塑煉膠門尼粘度明顯下降，其中添加塑解劑RP68和A89的塑煉膠門尼粘度下降幅度大于添加塑解劑A88和A的塑煉膠。

橡膠的應力松弛是由于橡膠分子運動滯后于應力而產生的，是大分子在力的長時間作用下發生了構象改變，這種橡膠分子鏈在外力作用下由原構象過渡到與外力相適應的構象的過程，稱作應力松弛過程。應力松弛時間長短反映了橡膠分子重排的難易，時間長則表示分子內聚力大、難于重排、粘度大且流動性差[4]。同理，經過相同應力松弛時間，門尼粘度值大的橡膠分子重排困難、粘度大且塑性差。表1中塑煉膠t80從短到長和x30從小到大的順序均為塑解劑A89塑煉膠、塑解劑RP68塑煉膠、塑解劑A塑煉膠、塑解劑A88塑煉膠和未添加塑解劑塑煉膠。

表1 塑解劑對NR塑煉膠門尼粘度和門尼應力松弛性能的影響

綜合得出，塑解劑RP68和A89的塑化效果優于塑解劑A88和A。

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

小配合試驗膠料的門尼粘度和硫化特性見表2。

表2 小配合試驗膠料的門尼粘度和硫化特性

從表2可以看出，1#—3#試驗配方膠料的門尼粘度均有明顯下降，其中1#試驗配方膠料門尼粘度值降幅最大，4#試驗配方膠料的門尼粘度并未與塑煉膠一樣呈現降低趨勢，且1#—4#試驗配方膠料的t80和x30數據均沒表現出塑解劑的塑化效果。在膠料中加入塑解劑RP68，A88和A89，雖然膠料的門尼粘度均下降，但沒有表現出在NR塑煉時門尼粘度大幅度下降的塑化效果，原因是炭黑的加入降低了塑解劑的作用。

從表2還可以看出：4個試驗配方膠料的門尼焦燒時間均呈現縮短趨勢，其中1#和3#試驗配方膠料的門尼焦燒時間長于2#和4#試驗配方膠料，但4個試驗配方膠料的門尼焦燒時間仍處于較好水平，可滿足加工安全要求；1#—3#試驗配方膠料的FL小于生產配方膠料，與門尼粘度數據表現一致；1#—4#試驗配方膠料的Fmax-FL明顯大于生產配方膠料，說明這4種塑解劑對膠料存在交聯作用，其中塑解劑A89交聯作用最大；4個試驗配方膠料的ts2與生產配方膠料相差不大，但t90縮短，說明塑解劑也具有加快硫化速度作用。

2.2.2 物理性能

小配合試驗膠料物理性能如表3所示。

從表3可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的硬度和100%定伸應力略有增大，300%定伸應力相差不大，拉伸強度、拉斷伸長率和H抽出力略有下降，拉斷永久變形減小，耐熱老化性能略差。

表3 小配合試驗膠料的物理性能

綜合這4種塑解劑對膠料門尼粘度、硫化特性和物理性能的影響，認為在帶束層膠中添加塑解劑RP68和A89效果最好。

2.3 大配合試驗

2.3.1 正常工藝

選擇添加塑解劑RP68和A89的1#和3#試驗配方進行正常工藝的大配合試驗，膠料的門尼粘度和門尼應力松弛性能如表4所示（二段混煉膠由于門尼粘度過大，測試數據未列出）。

從表4可以看出，與生產配方膠料相比，1#和3#試驗配方膠料的門尼粘度降低，t80和x30表征的塑化效果較好，這與小配合試驗結果基本一致。

表4 正常工藝大配合試驗膠料的門尼粘度和門尼應力松弛性能

大配合試驗膠料的硫化特性和物理性能如表5所示。

從表5可以看出：與生產配方膠料相比，1#和3#配方膠料的門尼焦燒時間縮短，1#配方膠料的門尼焦燒時間最短，但仍可滿足生產工藝時間要求；ts2和t90略有縮短，Fmax-FL略有增大，這也與小配合試驗結果基本一致；100%定伸應力略有增大、300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長、H抽出力變化不大，壓縮生熱降低，拉斷永久變形減小，耐熱老化性能略差。

表5 正常工藝大配合試驗膠料的硫化特性和物理性能

綜合表4和5可以得出，帶束層膠加入塑解劑RP68和A89，可以有效降低膠料的門尼粘度，而對膠料物理性能影響不大。

2.3.2 優化工藝

帶束層膠添加塑解劑，按正常生產煉膠工藝試驗，膠料的門尼粘度明顯下降。出于降低成本、提高生產效率考慮，對帶束層膠煉膠工藝優化，取消原三段混煉工藝，塑解劑用量由0.5份調整為0.4份，優化工藝試驗結果如表6所示。

從表6可以看出，減小塑解劑用量，減少煉膠段數，1#和3#配方膠料的門尼粘度仍然低于正常生產配方膠料，而拉伸強度和拉斷伸長率略有降低，耐熱老化性能略差。

表6 優化工藝大配合試驗膠料的性能

從壓出的終煉膠片看，試驗配方膠片表面的平整和光滑性好于生產配方膠片表面。

綜合得出，全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中添加塑解劑RP68和A69，可以減少膠料混煉段數，提高生產效率。

3 結論

在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中添加塑解劑RP68和A89，膠料的門尼粘度大幅降低，混煉工藝性能改善，混煉段數可減小，混煉效率提高，可節省膠料混煉的人力、物力和能耗，具有較好的經濟效益。