新型環保二苯基二硫類金屬塑解劑在農業子午線輪胎胎面膠中的應用

劉萬興，劉秀崢，楊延斌，王保磊，劉 東

（1.聊城市非公有制企業服務中心，山東 聊城 252000；2.聊城金歌合成材料有限公司，山東 聊城 252000）

由于天然橡膠（NR）具有高彈性、低塑性的特點，NR含量較高的輪胎配方膠料在生產時加工較為困難，因此經常需要進行塑煉[1-2]。由于塑煉時間長，煉膠的能耗隨之上升，也不利于各種配合劑在膠料中的分散[3-5]。

二苯基二硫類金屬塑解劑是一種環保型塑解劑。該產品是以2，2′-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物（DBD）為主體，添加金屬鹽等活性劑，相較于純DBD，其塑解性能更優，對NR的塑解有更好的加速作用[6]。在以NR為主體的配方中只需少量添加該塑解劑就可以獲得良好的塑解效果，同時可以有效地降低煉膠的能源消耗[7-8]。

本工作主要研究新型環保二苯基二硫類金屬塑解劑在農業子午線輪胎胎面膠中的應用。研究新型環保二苯基二硫類金屬塑解劑對高NR含量膠料的硫化特性、物理性能、煉膠能耗和炭黑分散性等的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，牌號SVR3L，越南進口產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1502，中國石油撫順石化分公司產品；炭黑N220，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；二苯基二硫類金屬塑解劑，聊城金歌合成材料有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：NR 80，SBR 20，炭 黑N220 58，氧化鋅 6，硬脂酸 2.5，操作油 6，防老劑5，硫黃和促進劑 2.7。

試驗配方：加入0.3份二苯基二硫類金屬塑解劑，其他組分和用量與生產配方一致。

1.3 主要設備和儀器

X（S）K-160型開煉機和GK270型密煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產品；Φ660型開煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；XSM-1.5型智能實驗室密煉機，青島科高橡塑機械有限公司產品；MV2-90E型門尼粘度儀，無錫蠡園電子化工設備有限公司產品；QLB-25 t型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠產品；TCS-2000型電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料分2段混煉，一段混煉在XSM-1.5型智能實驗室密煉機中進行。混煉工藝為：生膠→破膠50 s→小料→壓壓砣（40 s）→炭黑和操作油→壓壓砣（50 s）→提壓砣（10 s）→壓壓砣（40 s）→提壓砣清掃→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（30 s）→提壓砣→排膠。二段混煉在X（S）K-160型開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠包輥→硫黃和促進劑→左右通刀割膠打卷4次→打三角包5次→調輥距薄通→打卷4次后下片。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料分2段混煉。一段混煉在GK270型密煉機中進行，轉子初始轉速為53 r·min-1。混煉工藝為：生膠、小料和一半炭黑→壓壓砣（20 s）→提壓砣→剩余一半炭黑→轉速降至47 r·min-1→壓壓砣（20 s）→環保芳烴油→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（30 s）→排膠。二段混煉在1#Φ660型開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠搗煉80 s→降溫至115 ℃→轉移到2#Φ660型開煉機→搗煉250 s→降溫至105℃→硫黃、促進劑和預分散母膠顆粒→搗煉400 s→排膠。

小配合和大配合試驗終煉膠均采用平板硫化機硫化，硫化條件為143 ℃×55 min。

1.5 性能測試

膠料的各項性能均按相應的國家或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 小配合試驗

2.1.1 硫化特性

小配合試驗混煉膠的硫化特性如表1所示。

從表1可以看出：與生產配方膠料相比，加入塑解劑后，試驗配方膠料的門尼粘度均值由68降至62，下降了8.8%，效果較為明顯；門尼焦燒時間、t10和t90與生產配方膠料基本保持一致。

表1 小配合試驗混煉膠的硫化特性

2.1.2 物理性能

小配合試驗硫化膠的物理性能如表2所示。

從表2可以看出：與生產配方硫化膠相比，加入塑解劑的試驗配方硫化膠的硬度和300%定伸應力相當，拉伸強度稍有降低，拉斷伸長率、撕裂強度和阿克隆磨耗量稍有增大；老化后試驗配方硫化膠的性能變化趨勢與老化前一致。連續生產過程中不同車次的試驗配方硫化膠的各項性能偏差小于生產配方硫化膠，物理性能的均勻性有一定程度的提高。

表2 小配合試驗硫化膠的物理性能

2.2 大配合試驗

2.2.1 煉膠能耗

大配合試驗膠料的煉膠能耗如表3所示。

表3 大配合試驗膠料的煉膠能耗

從表3可以看出：與生產配方膠料相比，加入二苯基二硫類金屬塑解劑的試驗配方膠料在混煉時，瞬間最大電流由1 390 A降至1 334 A，下降了約4%；單車煉膠時間由239 s縮短至224 s，縮短了約6%；單車煉膠能耗由19 kW·h降至17 kW·h，下降了約10%。

2.2.2 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，大配合試驗結果與小配合試驗結果基本保持一致。

表4 大配合試驗混煉膠的硫化特性

2.2.3 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，大配合試驗硫化膠的物理性能、物理性能均勻性以及老化后性能保持率與小配合試驗結果基本保持一致。

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能

2.2.4 炭黑分散性

大配合試驗膠料的炭黑分散性試驗結果如圖1所示。

從圖1可以看出，加入二苯基二硫類金屬塑解劑后，試驗配方膠料的炭黑分散性優于生產配方膠料。

圖1 大配合試驗膠料的炭黑分散性

2.3 成品性能

采用試驗配方試制420/85R28 R1農業子午線輪胎，按照GB/T 1192—2017《農業輪胎技術條件》要求進行胎面膠的性能測試，并與生產配方成品輪胎進行胎面膠物理性能對比，結果如表6所示。

從表6可以看出，試驗配方成品輪胎胎面膠的物理性能與生產配方成品輪胎基本一致。

表6 成品輪胎胎面膠性能測試結果

3 結論

在農業子午線輪胎胎面膠中加入少量的二苯基二硫類金屬塑解劑后，與生產配方膠料相比，試驗配方混煉膠的門尼粘度下降，加工性能改善，門尼焦燒時間、t10和t90變化不大；硫化膠的硬度和300%定伸應力相當，拉伸強度稍有降低，拉斷伸長率、撕裂強度和阿克隆磨耗量稍有增大，物理性能的均勻性和炭黑分散性有一定程度的提高，煉膠能耗降低。