白炭黑在阻燃輪胎胎面膠中的應用

佘騰龍

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

在焦炭廠、金屬冶煉廠等高溫作業場地，工程機械車輛需要裝配耐高溫性能和阻燃性能優異的輪胎。

目前市場上的橡膠阻燃劑眾多，按使用方法分為添加型阻燃劑和反應型阻燃劑。添加型阻燃劑通過機械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性能，主要按照有機阻燃劑和無機阻燃劑，或者鹵系阻燃劑（有機氯化物和有機溴化物）和非鹵阻燃劑分類[1-3]。有機阻燃劑是以溴系、磷氮系、氮系和紅磷及其化合物為代表的阻燃劑，無機阻燃劑主要包括三氧化二銻、氫氧化鎂[4-5]、氫氧化鋁、硅系等阻燃體系。反應型阻燃劑則作為一種單體參與聚合反應，從而使聚合物本身含有阻燃成分，其優點是對聚合物材料使用性能影響較小，阻燃性能持久。

在眾多阻燃劑中，唯有白炭黑是橡膠傳統的填充劑，不會對橡膠性能帶來負面影響[6-7]，因此，本研究將白炭黑應用到阻燃輪胎胎面膠中，以期得到阻燃性能優異的輪胎。

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；高分散性白炭黑，牌號VN3，德國贏創德固賽公司產品；炭黑N234，江西黑貓炭黑股份有限公司產品。

1.2 配方

白炭黑阻燃輪胎胎面膠配方如表1所示。

表1 白炭黑阻燃輪胎胎面膠配方 份

1.3 主要設備和儀器

3 L密煉機和F270型密煉機，美國法雷爾公司產品；LJ-150型開煉機，青島巨融機械技術有限公司產品；PX-420型密煉機，意大利Pomini公司產品；LP3000型平板硫化機，德國MonTech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，北京友深電子儀器有限公司產品；JF-3型氧指數檢測儀，北京中航鼎力儀器設備有限公司產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料在3 L密煉機上采用一段法進行混煉，轉子轉速為80 r·min-1，混煉工藝為加入橡膠及除硫黃、促進劑和防焦劑外所有小料→壓壓砣30 s→加入全部炭黑和白炭黑→壓壓砣→110℃提壓砣→155 ℃排膠；在開煉機上加硫黃和促進劑，薄通6次，打1個卷后下片。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料采用四段混煉工藝混煉，一至三段混煉在PX-420型密煉機中進行，每段混煉之間膠料停放8～12 h。一段混煉轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為加入生膠→全部炭黑和白炭黑→氧化鋅等小料→110 ℃提壓砣→155 ℃排膠；二段混煉轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為加入一段混煉膠→剩余小料→150 ℃排膠；三段混煉轉子轉速為25 r·min-1，混煉工藝為加入二段混煉膠→145 ℃排膠。四段混煉在F270型密煉機中進行，轉子轉速為20 r·min-1，混煉工藝為加入三段混煉膠、硫黃、促進劑等→105 ℃排膠。

1.5 性能測試

各項性能均按照相應的國家標準進行測試。

2 結果與分析

2.1 小配合試驗

小配合試驗膠料的各項性能如表2所示。

表2 小配合試驗膠料的各項性能

從表2可以看出:2#和3#配方膠料的門尼粘度比1#配方膠料增大，2#配方膠料增大較小，3個配方膠料的應力松弛斜率的絕對值相近；3個配方膠料的t5相當，說明3個配方膠料的加工性能和焦燒安全性變化不大。3#配方膠料的Δt30和t10，t50，t90均最長，表明其操作安全性最好。

從表2還可以看出:3個配方膠料的定伸應力和拉伸強度均比較接近；3#配方膠料的氧指數最大，阻燃性能最好。

2.2 大配合試驗

大配合試驗膠料的各項性能如表3所示。

表3 大配合試驗膠料的各項性能

從表3可以看出:3個配方膠料大配合試驗結果與小配合試驗結果一致性很好；3#配方膠料的阻燃性能最好。

2.3 成品輪胎道路試驗

采用阻燃性能最好的3#配方制備成品輪胎進行道路試驗，路試地點為某鋼鐵冶煉廠，輪胎規格為23.5R25裝載機輪胎，作業環境如圖1所示。經過2個月對比試驗，結果如圖2所示。

圖1 試驗輪胎路試作業環境

從圖2可以看出，道路試驗結束后，1#配方（原始配方）成品輪胎胎面已經燃燒得可見帶束層鋼絲；3#配方成品輪胎胎面膠完好，阻燃效果非常明顯。

圖2 成品輪胎阻燃效果

3 結論

將白炭黑作為添加型無機阻燃劑應用于阻燃輪胎胎面膠中，胎面膠的阻燃性能明顯提高，其余性能無明顯下降。將該胎面膠配方輪胎用于焦炭廠、金屬冶煉廠等工況環境可以有效阻止輪胎燃燒，在延長輪胎使用壽命的同時，還能避免車輛火險的發生。