林向陽,管清軍,黃義鋼(青島雙星輪胎工業有限公司,山東膠南 266400)
作者簡介:林向陽(1968-),男,山東榮成人,青島雙星輪胎工業有限公司高級工程師,學士,從事全鋼子午線輪胎配方設計和工藝管理工作。
炭黑/白炭黑雙相填料(CSDPF)是一種新型通用橡膠補強劑,能夠提高橡膠的物理性能,具有常規橡膠補強填料不具備的一些特性。與常規炭黑和白炭黑相比,CSDPF具有高耐磨、低生熱和低滾動阻力等特點。在CSDPF填充的膠料中添加適量的硅烷偶聯劑能夠進一步提高膠料的耐磨性能,降低滯后損失。
本工作研究CSDPF在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用。
1 實驗
1.1 主要原材料
NR,牌號SMR20,馬來西亞產品;CSDPF和炭黑N115,上海卡博特化工有限公司產品;白炭黑,山東聯科白炭黑有限公司產品;硅烷偶聯劑Si69,日照嵐星化工工業有限公司產品;促進劑NS,山東單縣化工有限公司產品。
1.2 配方
膠料配方如表1所示。
1.3 主要設備與儀器
XKR-150型開煉機,廣東湛江機械廠產品;1.0 MN蒸汽平板硫化機,上海第一橡膠機械廠產品;WML-76型阿克隆磨耗試驗機,江都試驗機械廠產品; Tensometer2000型電子拉力機、MDR2000E型硫化儀和MV2000型門尼粘度儀,美國埃邇法科技有限公司產品;401B型老化試驗箱和彈性測試儀,意大利GIBITRE公司產品。
1.4 試樣制備
膠料在開煉機上分兩段混煉,一段混煉工藝為:生膠塑煉→偶聯劑、氧化鋅、硬脂酸和防老劑等小料→補強填料→下片、停放;二段混煉工藝為:一段混煉膠→促進劑和硫黃→下片、停放。試樣在蒸汽平板硫化機上硫化。
1.5 性能測試
膠料各項性能均按相應國家標準進行測定。
2 結果與討論
2.1 理化分析
CSDPF、炭黑N115和白炭黑的理化分析結果如表2所示。
從表2可以看出,與炭黑N115相比,CSDPF的DBP吸收值和灰分質量分數較大。DBP吸收值大表明CSDPF的結構度大、表面活性高;灰分質量分數較大與CSDPF中含有質量分數約為0.1的白炭黑有關。
2.2 混煉膠性能
2.2.1 門尼粘度
膠料的門尼粘度如圖1所示。從圖1可以看出,隨著CSDPF用量的增大、炭黑N115用量的減小,1#~5#配方膠料的門尼粘度呈增大趨勢。這表明與炭黑N115相比,CSDPF對提高膠料門尼粘度的作用更為明顯。
2.2.2 硫化特性
膠料的門尼焦燒時間如圖2所示。從圖2可以看出,隨著CSDPF用量的增大、炭黑N115用量的減小,1#~5#配方膠料的門尼焦燒時間呈縮短趨勢。
膠料的硫化儀數據如表3所示。從表3可以看出,1#配方膠料與6#配方膠料的MH,t90和(t90-t10)相差不大,這表明CSDPF與炭黑N115對膠料硫化速度的影響基本相同;與5#配方相比,6#配方膠料的MH較小,t90和(t90-t10)縮短,這表明CSDPF和白炭黑用量相同時,硫黃和偶聯劑用量較大的膠料MH較大,硫化速度較慢;與7#配方相比,1#和8#配方膠料t90時的tanδ(損耗因子)值較大,即滯后損失較大。
與常規炭黑相比,CSDPF含有一定量的白炭黑,需要提高促進劑和硫黃用量來提高膠料的交聯密度,從而提高彈性模量,降低滯后損失。
2.3 硫化膠性能
硫化膠的物理性能如表4所示。從表4可以看出,與1#配方相比,2#~7#配方硫化膠的邵爾A型硬度(6#配方除外)、100%定伸應力、300%定伸應力和回彈值較大,拉斷伸長率和拉斷永久變形接近或較小,阿克隆磨耗量明顯降低,拉伸強度相差不大;2#和6#配方硫化膠的撕裂強度較大。與8#配方相比,2#~7#配方硫化膠的300%定伸應力/100%定伸應力、拉伸強度和撕裂強度較大,邵爾A型硬度、拉斷永久變形、回彈值和阿克隆磨耗量較小。
從表4還可以看出,熱空氣老化后,總體來說,與1#配方相比,2#~7#配方硫化膠的硬度、回彈值和阿克隆磨耗量增大,拉斷伸長率、拉斷永久變形和撕裂強度明顯減小,拉伸強度變化不大。總體來說,與常規炭黑和白炭黑相比,CSD-PF與橡膠間的相互作用較強,可顯著提高硫化膠的耐磨性能。填充CSDPF,適當提高硅烷偶聯劑的用量,并對硫化體系略作調整,可獲得綜合物理性能優異的硫化膠。
3 結論
CSDPF與橡膠間的相互作用較強,與填充普通炭黑或白炭黑的膠料相比,填充CSDPF的膠料高溫下滯后損失較小,耐磨性能明顯提高。致謝:本工作得到青島雙星輪胎工業有限公司檢測中心的大力協助,在此表示衷心感謝!
