微晶蠟HG75對輪胎胎側臭氧老化的防護

薛伯勇，趙相帥，李紅衛，顧培霜，朱家順，孫茂忠

[特拓（青島）輪胎技術有限公司，山東 青島 266000]

微晶蠟由高相對分子質量的石油殘渣精餾、脫色制得，主要是由支化的烷烴或異構鏈烷烴組成。在橡膠配方中加入微晶蠟，在硫化溫度下它可以完全溶解，當硫化完成冷卻后，過飽和狀態的微晶蠟向制品表面噴出形成一層薄的蠟膜，有效屏蔽臭氧對橡膠制品的破壞，達到保護橡膠制品、延長其使用壽命的目的[1-5]。

隨著半鋼子午線輪胎技術的不斷發展，對輪胎胎側的性能、外觀也提出了更高的要求，最理想的蠟膜是在具有優良臭氧防護效果的前提下，蠟膜厚度更小、結構更均勻致密，既可以阻止臭氧對橡膠的攻擊，達到臭氧防護效果，又可以降低過度噴霜幾率，以保持胎側良好的外觀[6-7]。為此，我們試驗研究在半鋼子午線輪胎胎側膠中以新型改性微晶蠟HG75等量替換傳統微晶蠟H7075對胎側臭氧老化的防護效果。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），TSR20，國產20#標準膠；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化燕山石化公司產品；炭黑N375和N660，上海卡博特化工有限公司產品；微晶蠟H7075和HG75，山東陽谷華泰化工股份有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：NR 50，BR 50，炭 黑N375 22，炭黑N660 30，環保芳烴油V500 12，防老劑4020 3.5，微晶蠟H7075 1.5，硫化體系 7.5。

試驗配方：以微晶蠟HG75等量替代微晶蠟H7075，配方其他組分和用量同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

152.4 mm型開煉機，青島科高橡塑機械有限公司產品；X（S）M-0.3 L型密煉機，青島科技大學產品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；MM4130C型無轉子硫化儀，中國臺灣高特威爾公司產品；UM-2050型門尼粘度儀和UT-2060型萬能拉力機，中國臺灣優肯科技股份有限公司產品；GC-Smart型氣相色譜儀，日本島津公司產品；OZ-0500型臭氧老化試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；HZK-FA210電子分析天平，美國華志公司產品。

1.4 混煉工藝

膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉在密煉機中進行，轉子轉速為55 r·min-1。混煉工藝為：生膠→除硫黃和促進劑之外的所有配合劑→混煉6.5 min→排膠（155～160 ℃），在開煉機上下片后冷卻，停放0.5 h。

二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→左右割刀各5次（輥溫為40 ℃）→薄通、打卷5次→下片，停放。

1.5 測試分析

（1）臭氧老化測試。試樣在溫度為40 ℃、臭氧體積分數為50×10-9、靜態拉伸20%試驗條件下放置144 h，進行臭氧防護效果試驗。

（2）蠟膜厚度測試。取1個在室內靜置30 d、帶有一定厚度蠟膜的試樣，測量其質量（m1），精確到0.1 mg，同時計算試樣的表面積（S）；用浸潤了環己烷的脫脂棉將試樣表面擦拭干凈后置于60 ℃烘箱中烘至恒質量（m2），則（m1－m2）即為試樣表面噴出蠟的質量（忽略其他可能噴出物質）。按式（1）計算蠟膜厚度（d）：

式中，ρ為微晶蠟的密度，其值為0.92 Mg·m-3。

（3）膠料的其他性能均按相應國家標準或化工行業標準測定。

2 結果與討論

2.1 微晶蠟的碳數分布

采用氣相色譜法表征微晶蠟HG75和H7075的碳數分布[8-9]，結果如圖1所示。

從圖1可以明顯看出：微晶蠟H7075的正構烷烴和異構烷烴相對含量相當（正構烷烴相對含量為54.62%，異構烷烴相對含量為45.38%）；而微晶蠟HG75的正構烷烴相對含量遠高于異構烷烴相對含量（正構烷烴相對含量為75.95%，異構烷烴相對含量為24.05%）。此外，微晶蠟H7075的正構烷烴峰值碳數為C33，而微晶蠟HG75為C37；微晶蠟H7075的異構烷烴峰值碳數為C36，而微晶蠟HG75為C40。微晶蠟HG75的正構烷烴相對分子質量和異構烷烴相對分子質量均高于微晶蠟H7075，更大的相對分子質量會降低微晶蠟HG75分子鏈的運動能力，在一定程度上也會降低膠料的噴霜幾率。

圖1 微晶蠟HG75和H7075的碳數分布

2.2 硫化特性和物理性能

在工業生產中，若是針對某一性能的優化而對生產配方進行調整，首先要保證配方的其他各項性能的穩定，不能顧此失彼。

試驗配方和生產配方膠料的性能對比見表1。

從表1可以看出，無論是混煉膠的加工性能、硫化特性還是硫化膠的物理性能，試驗配方和生產配方膠料均處在同一水平，說明以微晶蠟HG75等量替代微晶蠟H7075不會對膠料性能產生不良影響，這種替代是可行的。

表1 試驗配方和生產配方膠料的性能對比

2.3 耐臭氧老化性能

試驗配方和生產配方膠料于臭氧老化箱中老化144 h后的表面形貌如圖2所示。

從圖2可以看出，兩個膠料表面均出現了一定程度的微晶蠟的噴出，表面略泛白，均沒有出現龜裂，說明微晶蠟HG75和H7075對膠料臭氧老化的防護效果相當。但是生產配方膠料中部與兩側的顏色差異較大，影響了外觀質量。分析認為，由于微晶蠟H7075的正構烷烴和異構烷烴相對含量相當，因此在40 ℃的環境中，噴出到膠料表面的微晶蠟H7075的正構烷烴和異構烷烴相對含量也是相當的，并且噴出后結晶的正構烷烴和異構烷烴晶型的致密程度不同，異構烷烴晶型更加致密、緊實[6]，正是由于其晶型的差異，從而導致其噴出后外觀質量不美觀。反觀微晶蠟HG75，由于其正構烷烴相對含量遠大于異構烷烴相對含量，噴出后異構烷烴晶型被大量的正構烷烴晶型掩蓋，因此其顏色分布也較為均勻，外觀質量更好。

圖2 膠料臭氧老化后的表面形貌

2.4 蠟膜厚度

試驗配方和生產配方膠料于室內環境靜置30 d后的蠟膜厚度計算結果如表2所示。

表2 兩種配方膠料的蠟膜厚度對比

從表2可以看出，試驗配方膠料的蠟膜厚度遠小于生產配方膠料，僅為生產配方膠料的1/2，說明在同樣的防護效果下，微晶蠟HG75的噴霜幾率遠低于微晶蠟H7075。分析認為，由于微晶蠟H7075的正構烷烴和異構烷烴峰值碳數分別為C33和C36，并且在室溫條件下最易遷移成膜的碳數分布為C28～C30[10]，與微晶蠟H7075碳數分布最密集的區域接近，因此微晶蠟H7075的噴出量較大，有較高的噴霜幾率；反觀微晶蠟HG75，其正構烷烴和異構烷烴峰值碳數分別為C37和C40，均高于微晶蠟H7075，并且微晶蠟的相對分子質量越大，其遷移速率也越低，因此微晶蠟HG75的噴出量較小，噴霜幾率也較低。

3 結論

微晶蠟HG75具有與微晶蠟H7075相當的臭氧防護能力，同時微晶蠟HG75的蠟膜均勻性更好，厚度更小，既能確保輪胎的外觀質量，又降低了噴霜幾率，有望作為新型臭氧防護蠟在半鋼子午線輪胎胎側配方中推廣使用。