多功能橡膠助劑HT918在載重子午線輪胎胎面膠中的應用

趙紅霞，左秀娟，趙振偉，馬德龍，李云峰

（山東陽谷華泰化工股份有限公司，山東 陽谷 252300）

近年來國內外交通運輸業迅速發展，對載重輪胎的需求量與日俱增。但由于歐盟REACH法規和美國“雙反”政策對國內輪胎出口設置了貿易壁壘，迫使我國輪胎制造業進行升級。當前載重子午線輪胎不僅要具備優異的物理性能，同時對其耐磨性能、耐熱性、滾動阻力和抗濕滑性能也提出了較高要求。以往通過加入特種添加劑或加工助劑來減少膠料的硫化返原現象，以滿足輪胎加工工藝的一般要求。但隨著輪胎行業對輪胎負荷及速度的要求日益苛刻，提高膠料的抗硫化返原性及降低輪胎生熱成為研發人員關注的重要課題[1-3]。

多功能橡膠助劑HT918的化學名稱為1，6-雙（N，N-二芐基硫代氨基甲酰二硫）-己烷，其特殊成分結構可在膠料硫化時釋放出物質參與硫化，從而提高膠料的抗硫化返原性，延長輪胎的使用壽命，增加翻新次數[4-5]。

本工作研究多功能橡膠助劑HT918在載重子午線輪胎胎面膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR5，云南農墾集團有限責任公司產品；炭黑N234，卡博特炭黑有限公司產品；多功能橡膠助劑HT918、氧化鋅（ZnO-80）、微晶蠟、硫黃（S-80）和促進劑（TBBS-80），山東陽谷華泰化工股份有限公司產品；多功能橡膠助劑KA918，國外進口產品。

1.2 試驗配方

1.2.1 小配合試驗

小配合試驗配方見表1。

表1 小配合試驗配方 份

1.2.2 大配合試驗

生產配方：NR 100，炭黑N234 55，氧化鋅5，硬脂酸 2，防護蠟 1，防老劑RD 1，防老劑4020 1，硫黃 1.75，促進劑 1.2，其他 5。

試驗配方在生產配方的基礎上加入1.2份多功能橡膠助劑HT918。

1.3 主要設備和儀器

GK270型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；X（S）M-1.5 L密煉機和SK-160型開煉機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；HS-100T-RTMO型平板硫化機，深圳佳鑫電子設備科技有限公司產品；Instron3365型拉力試驗機，美國英斯特朗公司產品；RH-3000NW型老化試驗箱、動態壓縮生熱測試儀、GT-7011-DG型動態屈撓試驗機和GT-7012-DH型DIN耐磨試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；MV2000型門尼粘度計和MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；邵爾A型硬度計，上海化工機械廠有限公司產品；VR-7130型全自動粘彈性分析儀，日本上島株式會社產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

采用3段混煉工藝。一段和二段混煉均在X（S）M-1.5 L密煉機中進行，轉子轉速為55 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠→多功能橡膠助劑HT918、氧化鋅、硬脂酸等小料→炭黑N234→排膠[（150±3） ℃]，在室溫環境下停放24 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠→排膠[（140±3）℃]，在室溫環境下停放24 h；三段混煉工藝為：開煉機輥距調至3 mm后將二段混煉膠放入開煉機上包輥約1 min，加入硫黃和促進劑，吃料均勻后左右割膠2次，出片，將開煉機輥距調至最小后打5個三角包，調整輥距至3 mm后打4個卷，下片后停放至少8 h。

1.4.2 大配合試驗

采用2段混煉工藝，均在GK270型密煉機中進行。一段混煉轉子轉速為45 r·min-1，加料順序為：生膠→多功能橡膠助劑HT918等小料→炭黑N234→排膠[（150±3） ℃]；二段混煉轉子轉速為40 r·min-1，加料順序為：一段混煉膠→硫黃、促進劑→排膠[（140±3） ℃]。

1.5 性能測試

（1）壓縮疲勞試驗。測試條件為：沖程 4.45 mm，負荷 1.0 MPa，時間 25 min，溫度 55 ℃。

（2）動態力學性能。采用拉伸模式，溫度掃描條件為：溫度范圍 －70～80 ℃，升溫速率 2℃·min-1，應變 5%，頻率 10 Hz。

2 結果與討論

2.1 理化分析

多功能橡膠助劑HT918的理化分析結果見表2。

表2 多功能橡膠助劑HT918的理化分析結果

由表2可見，多功能橡膠助劑HT918的理化性能達到企業標準要求。

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

膠料的硫化特性見表3。

表3 膠料的硫化特性

由表3可見：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的門尼焦燒時間變化不大，這是因為多功能橡膠助劑HT918在該階段未參與反應，對膠料的加工安全性無明顯影響；2#配方膠料的Fmax和交聯密度（Fmax－FL）增大，t10和t90縮短，與3#配方膠料相當。

由185 ℃下的硫化儀數據可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的硫化返原率明顯減小，抗硫化返原性提高。這說明多功能橡膠助劑HT918在促進硫化反應的同時還具備抗硫化返原劑的作用，且抗硫化返原性優于國外同類產品。

2.2.2 物理性能

硫化膠的物理性能見表4。

表4 硫化膠的物理性能

由表4可見：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的定伸應力和拉伸強度增大，這是由于多功能橡膠助劑HT918在硫化過程中釋放出的硫元素參與交聯，使硫化膠的交聯密度增大；2#配方膠料的拉斷伸長率和撕裂強度減小，這是由于過大的交聯密度使分子鏈間距進一步減小，分子鏈的剛性和脆性增大。由以上分析可知，在使用多功能橡膠助劑HT918時應對配方進行適當調整，減小硫黃和促進劑的用量，以達到最佳的應用效果。

從表4還可以看出，加入多功能橡膠助劑HT918能在一定程度上提高硫化膠的耐熱氧老化性能，老化后膠料的拉伸性能保持率更大，且與國外同類產品保持同一水平。

2.2.3 壓縮生熱和動態力學性能

硫化膠的壓縮生熱和動態力學性能見表5，tanδ為損耗因子。

表5 硫化膠的壓縮生熱和動態力學性能

由表5可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的壓縮溫升降低，說明添加多功能橡膠助劑HT918能夠減小膠料生熱，從而延長輪胎的使用壽命。

研究發現，輪胎的滾動阻力與濕地抓著力相互對立，要有機統一就必須使0 ℃時的tanδ增大，60 ℃時的tanδ減小[6]。與1#配方膠料相比，2#配方膠料0 ℃時的tanδ增大，60 ℃時的tanδ減小，說明添加多功能橡膠助劑HT918可使輪胎的抗濕滑性能提高，滾動阻力減小。此外，多功能橡膠助劑HT918中的亞甲基鏈段結構在硫化反應過程中可接枝到橡膠分子鏈之間，有效降低膠料的動態生熱。

從表5還可以看出，加入多功能橡膠助劑HT918的膠料在降低壓縮生熱的同時，在抗濕滑性能和滾動阻力方面也比國外同類產品更具優勢。

2.2.4 耐裂口增長性能

不同屈撓次數下硫化膠的裂口擴展長度見表6。硫化膠屈撓6萬次的裂口現象如圖1所示。

表6 不同屈撓次數下硫化膠的裂口擴展長度 mm

圖1 硫化膠屈撓6萬次的裂口現象

由表6和圖1可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的耐屈撓性能明顯提高，且與國外同類產品相當。

2.2.5 耐磨性能

硫化膠的耐磨性能見表7。

表7 硫化膠的DIN磨耗量 cm3

由表7可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料常溫和高溫下的DIN磨耗量均減小，說明加入多功能橡膠助劑HT918可以顯著提高硫化膠的耐磨性能，且常溫下耐磨性能略優于國外同類產品。

2.3 大配合試驗

大配合試驗結果見表8。

表8 大配合試驗結果

由表8可見，大配合試驗結果與小配合試驗結果基本一致。試驗配方膠料的抗硫化返原性和耐熱氧老化性能較好。

2.4 成品性能

采用大配合試驗制得的混煉膠生產185/60R14 82H載重子午線輪胎，并進行耐久性試驗。試驗條件為：按國家標準進行34 h以內的3個試驗階段，試驗速度為120 km·h-1，充氣壓力為179.3 kPa，3個階段的負荷分別為404，428和475 kg，34 h測試結束后將輪胎放置2 h，然后在負荷為475 kg、壓力為137.9 kPa和速度為120 km·h-1的條件下繼續試驗，直到輪胎損壞為止。成品輪胎的耐久性試驗結果見表9。

表9 成品輪胎的耐久性試驗結果

由表9可見，試驗輪胎的耐久性能較優，加入多功能橡膠助劑HT918可使膠料生熱明顯降低，提高輪胎的耐久性能。

3 結論

（1）多功能橡膠助劑HT918在焦燒期未參與反應，對膠料的加工安全性無明顯影響，可提高膠料的交聯密度和抗硫化返原性。

（2）加入多功能橡膠助劑HT918后，硫化膠的定伸應力和拉伸強度增大，拉斷伸長率和撕裂強度減小，耐老化性能、耐屈撓性能和耐磨性能提高，壓縮生熱降低，輪胎的抗濕滑性能和耐久性能提高，滾動阻力降低。

（3）多功能橡膠助劑HT918的綜合性能等同或優于國外同類產品。