硫酸鋇在全鋼子午線輪胎下三角膠中的應(yīng)用

黃仙紅，蘇忠鐵，陳家輝，胡善軍，呂志文，胡金龍，韓啟龍

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著國內(nèi)全鋼子午線輪胎的發(fā)展趨于緩和，客戶選擇輪胎越來越注重高性價比，降低輪胎成本成為各輪胎企業(yè)的立足理念之一。

無機填料作為低成本填充材料在輪胎行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，如白炭黑降低滾動阻力，提高抗?jié)窕阅埽粚訝罱Y(jié)構(gòu)的無機填料氣體阻隔性優(yōu)異，可用于輪胎氣密層中[1]。目前應(yīng)用較多的無機填料以炭黑和白炭黑[2-6]為主，其余有碳酸鈣[7]、高嶺土[8]、陶土[9]以及近年來出現(xiàn)的新型無機填料如次石墨粉[10]、硅格粉[11]等。無機填料應(yīng)用于橡膠中具有降低生熱、改善加工性能等作用[12]。硫酸鋇來源于自然界的礦物質(zhì)重晶石，因其具有吸收X射線和伽馬射線的性能，醫(yī)學(xué)上常用于放射學(xué)檢查造影劑[13]；作為無機填料硫酸鋇在橡膠工業(yè)中也具有應(yīng)用前景，研究表明硫酸鋇應(yīng)用于氣密層膠可提高其耐屈撓龜裂性能[14]。

本工作研究硫酸鋇在全鋼子午線輪胎下三角膠中的應(yīng)用，以期利用硫酸鋇的性價比優(yōu)勢，降低下三角膠的成本，提高產(chǎn)品競爭力。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產(chǎn)品；硫酸鋇，杭州富陽白玉化工有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號1500以及炭黑，市售品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方（用量/份）：NR 70，SBR 30，炭黑110，氧化鋅 3，硬脂酸 2，防老劑4020和RD 2，硫黃 3.5，促進劑CBS 2，其他 18.8。

試驗配方（用量/份）：NR 70，SBR 30，炭黑105，硫酸鋇 30，氧化鋅 3，硬脂酸 2，防老劑4020和RD 2，硫黃 3.5，促進劑CBS 2.3，其他 18.8。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機，無錫第一橡塑機械有限公司產(chǎn)品；2.5 L小型密煉機，佰弘機械（上海）有限公司產(chǎn)品；F370型和F270型密煉機，桂林橡膠機械有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XLB-D型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產(chǎn)品；GT-TCS-2000-G型電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；動態(tài)熱機械分析（DMA）儀，德國耐馳儀器公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗采用兩段混煉工藝，一段混煉在2.5 L小型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1。混煉工藝如下：生膠（30 s）→炭黑、硫酸鋇和小料→壓壓砣（50 s）→提壓砣清掃→芳烴油、增粘樹脂→壓壓砣至150 ℃→排膠，在開煉機上下片。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CBS→左右割刀各3次→薄通、打三角包6次→出片。

大配合試驗采用3段混煉工藝，一段和二段混煉均在F370型密煉機中進行，三段混煉在F270型密煉機中進行。3段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速分別為50，45，30 r·min-1。

一段混煉工藝如下：加生膠及2/3炭黑→壓壓砣（30～35 s）→提壓砣（125 ℃）→加軟化劑芳烴油→壓壓砣（30～35 s）→提壓砣→壓壓砣至155℃→排膠。

二段混煉工藝如下：加一段混煉膠、1/3炭黑和硫酸鋇→壓壓砣（30～35 s）→提壓砣（125 ℃）→加軟化劑和樹脂等→壓壓砣至155 ℃→排膠。

三段混煉工藝如下：加二段混煉膠、硫黃和促進劑→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（35 s）→提壓砣→壓壓砣至105 ℃→排膠。

膠料在平板硫化機上硫化，硫化條件為151 ℃×30 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應(yīng)國家標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

硫酸鋇的理化分析結(jié)果見表1。

表1 硫酸鋇的理化性能

從表1可以看出，硫酸鋇的各項理化性能均達到指標要求。

2.2 小配合試驗

小配合試驗結(jié)果見表2。

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的FL減小，F(xiàn)max增大，可能原因為促進劑用量的增大，導(dǎo)致膠料的交聯(lián)密度增大，表明硫酸鋇的加入對膠料的加工性能無負面影響；試驗配方膠料的t10和t90相差不大，硫化返原略快；與生產(chǎn)配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的密度明顯增大、邵爾A型硬度略增大、定伸應(yīng)力相當(dāng)、拉伸強度略減小。表明硫酸鋇對膠料無明顯補強作用，其主要發(fā)揮填充作用，導(dǎo)致含膠率下降，補強作用減弱。

表2 小配合試驗結(jié)果

從表2還可以看出：與生產(chǎn)配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠60 ℃時的tanδ略減小，表明試驗配方硫化膠的滾動阻力小，生熱低；試驗配方硫化膠的熱導(dǎo)率增大，分析認為，下三角膠中加入導(dǎo)熱性能好的硫酸鋇能提高膠料的熱導(dǎo)率，有助于對胎圈部位積累高熱量的傳導(dǎo)，對減緩胎圈損壞有益。

2.3 大配合試驗

大配合試驗結(jié)果見表3。

從表3可以看出，大配合試驗?zāi)z料的硫化特性和物理性能變化趨勢與小配合試驗?zāi)z料基本一致。綜合來看，加入30份硫酸鋇對下三角膠整體物理性能影響不大，但膠料的導(dǎo)熱性能提升明顯，膠料的密度大、體積小、致密性好，硫酸鋇是下三角膠類高填充部件的優(yōu)良填料。

表3 大配合試驗結(jié)果

2.4 工藝性能

采用大配合試驗?zāi)z料進行工藝性能評價，壓出制品的表面見圖1。從圖1可以看出，試驗?zāi)z料壓出制品的表面光滑，成型時未出現(xiàn)工藝問題。

圖1 壓出制品的表面

2.5 經(jīng)濟性

硫酸鋇來源于自然界，價格低廉，用作下三角膠的填料，可有效降低成本。在對試驗配方下三角膠性能影響不大的前提下，可降低成本0.57元·kg-1，以12.00規(guī)格的輪胎計算，每條輪胎可降低成本約0.9元，以年產(chǎn)150萬條輪胎計算，一年可節(jié)約成本135萬元。

3 結(jié)論

（1）與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的FL減小，F(xiàn)max增大，即試驗配方膠料的交聯(lián)密度增大；試驗配方膠料的t10和t90相差不大，硫化返原略快。

（2）與生產(chǎn)配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的密度明顯增大、硬度略增大、定伸應(yīng)力相當(dāng)、拉伸強度略減小；60 ℃時的tanδ略減小，可降低生熱；熱導(dǎo)率增大，導(dǎo)熱性能提高。

（3）在全鋼子午線輪胎下三角膠中使用硫酸鋇部分替代炭黑，對膠料性能影響不大，硫酸鋇價格較低，經(jīng)濟效益提升顯著。