1、加工助剂在白炭黑胎面胶中的应用新一代轿车轮胎胎面胶中含有溶聚丁苯橡胶( ) 和,并添加高活性白炭黑和偶联剂,在降低轮胎滚动阻力的同时,可提高轮胎的抗湿滑性能和冬季使用性能。近年来, 国外轮胎公司加快了在这方面的研究与开发步伐,并对这一技术冠以不同名称,如米其林公司的“绿色轮胎 ”,大陆公司的“ 白炭黑技术”和固特异公司的“新胶料技术” 。这种新型白炭黑胎面胶生产工艺的关键是聚合物技术和填料/偶联剂体系。首先提出“集成橡胶”的概念,将轮胎生产工艺与高分子化学结合起来。曾有专利1指出,以白炭黑或炭黑/白炭黑与硅烷偶联剂的混合物为主的补强体系对轮胎性能有很大的影响。德国公司以此为基础推出了被称为“蓝
2、色轮胎”的冬用轮胎, 但由于胶料的挤出和模压都很困难,1976 年该公司不得不停止生产这种轮胎。莱茵化学(青岛)有限公司开发出加工助剂莱茵塑分和,它们的相对分子质量分布都是专门为白炭黑胶料而设计的。本工作研究这两种加工助剂在白炭黑胎面胶中的应用效果。1 实验1.1 原材料- ,牌号1955 25, 苯乙烯质量分数 0 25,玻璃化温度-20,充油量 26 份;乳聚丁苯橡胶( ),牌号1500;,牌号23 和24, 德国拜耳公司产品。白炭黑,牌号3,比表面积为 1302-1,德国德固萨公司产品。莱茵塑分和,莱茵化学(青岛)有限公司产品。其它原材料均为市售工业品。1.2 试验配方(1) /胶料 8
3、8,(24) 30,白炭黑 70,炭黑110 10,硅烷偶联剂50 12 5,氧化锌 3, 硬脂酸 1, 芳烃油 20, 防老剂 1,防老剂 4020 1.5,莱茵蜡654 1.5,促进剂 1.5, 促进剂 2,硫黄 1.5,莱茵塑分或 5 。(2) / / 胶料 37, 35,(23) 35, 白炭黑 40,炭黑220 40, 硅烷偶联剂69 6 2,防老剂 4020 1.5,防老剂 1.5,莱茵蜡 654 1.5,氧化锌 3, 硬脂酸 1, 芳烃油 8, 硫黄 1.5,促进剂 1.5,促进剂 2.5,莱茵塑分 变量。1.3 主要设备与仪器密炼机,德国法雷尔公司产品;2000 型电子拉力机和
4、2000 型门尼粘度计,美国孟山都公司产品;2000 型硫化仪,美国埃迩法公司产品;型动态粘弹谱仪, 德国耐驰公司产品; 67 8型流变硫化仪,德国公司产品。1.4 混炼工艺混炼分三段进行,具体过程如下。一段混炼在密炼机中进行,加料顺序为 :生胶 1炭黑、1/2 白炭黑、1/2 硅烷偶联剂、氧化锌、硬脂酸、莱茵塑分和芳烃油 11/2 白炭黑、1/2 硅烷偶联剂、防老剂、莱茵蜡 1清扫压砣混炼 2排胶(温度低于 130),室温下存放 24。二段混炼在密炼机中进行,加料顺序为:一段混炼胶 2排胶( 温度低于 130),室温下存放24。三段混炼在() 160 型开炼机中进行,加料顺序为:二段混炼胶、
5、促进剂、硫黄 1 5下料(温度低于 110)。1.5 性能测试(1)采用流变硫化仪测试 160下胶料的挤出量和挤出速度。(2)硫化胶的物理性能按相应的国家标准进行测试。(3)动态力学性能采用动态粘弹谱仪测试,测试条件为:频率 10,温度范围 -50+100, 升温速率 50 -1,最大动态负荷 4,最大振幅 60,测试温度 0 和 60。2 结果与讨论2.1 莱茵塑分和对 /胶料性能的影响2.1.1 加工性能白炭黑胎面胶的加工性能主要受其粘度的影响,而胶料的粘度又受剪切速率和硫化程度的制约:剪切速率增大,胶料的粘度急剧下降;硫化开始后胶料的粘度又迅速上升。德国公司开发了一种特殊设备流变硫化仪,
6、它可测定白炭黑胶料在实际加工过程中的流动性能, 提供胶料的流动和硫化性能参数2,很适合用来研究加工助剂对白炭黑填充 /胶料性能的影响。莱茵塑分和对 /胶料加工性能的影响如表 1 所示。从表 1 可以看出,与空白试样相比,加入莱茵塑分和胶料的门尼粘度有所下降 ,挤出量和挤出速度均有较大提高。可见,这两种加工助剂对 / 胶料加工性能的改善效果十分显著。2.1.2 硫化特性莱茵塑分和对 / 胶料硫化特性的影响如表 2 所示。从表 2 可以看出,在 / 胶料中加入莱茵塑分和,可使胶料的门尼焦烧时间和硫化速度有所延迟,同时可改善胶料的加工性能。2.1.3 物理性能莱茵塑分和对 / 硫化胶物理性能的影响如
7、表 3 所示。从表 3 可以看出,在 /胶料中加入莱茵塑分,硫化胶的邵尔型硬度和 100%定伸应力略有提高,300%定伸应力和回弹值略有下降;而加入莱茵塑分,硫化胶的邵尔型硬度、定伸应力和回弹值均略有下降。2.2 莱茵塑分用量对 / / 胶料性能的影响2.2.1 加工性能莱茵塑分用量对 / /胶料加工性能的影响如表 4 所示。从表 4 可以看出,随着莱茵塑分用量的增大, / /胶料的门尼粘度逐渐减小,挤出量和挤出速度(莱茵塑分用量为 5 份时除外) 逐渐增大。这是由于莱茵塑分属于内润滑剂, 是一类可溶于橡胶的加工助剂,类似于软化剂,可使生胶溶胀,减小橡胶大分子链的内聚力 ,减轻内摩擦,在剪切应
8、力的作用下,聚合物分子链通过加工助剂的作用而变短,因此可降低胶料的门尼粘度。当莱茵塑分用量为 4 份时,胶料的挤出量增大 96 2%,挤出速度提高 65 4%,可见莱茵塑分对 / /胶料加工性能的改善效果十分明显。2.2.2 硫化特性莱茵塑分用量对 / /胶料硫化特性的影响如表 5 所示。从表 5 可以看出,莱茵塑分用量对 / /胶料的门尼焦烧时间影响不大, 说明莱茵塑分对混炼胶的操作安全性并无影响。随着莱茵塑分用量的增大, / /胶料的90-10 略有延长, -值略有增大(莱茵塑分用量为 5 份时除外)。2.2.3 物理性能莱茵塑分用量对 / /硫化胶物理性能的影响如表 6 所示。从表 6
9、可以看出,在 / /胶料中加入莱茵塑分, 硫化胶的 100%定伸应力略有增大,当加入 2 份莱茵塑分,硫化胶的 300%定伸应力最大,拉断伸长率与空白试样相当。加入莱茵塑分还可改善胶料的耐热老化性能。2.2.4 动态力学性能莱茵塑分用量对 / /硫化胶动态力学性能的影响如表 7 所示。从表 7 可以看出,温度为 0时,加入 14 份莱茵塑分硫化胶的 值明显增大,说明 / /硫化胶的抗湿滑性能有所提高;温度为 60时,加入 45 份莱茵塑分硫化胶的 值略有减小,说明 / / 硫化胶的滚动阻力有所下降。可见,当莱茵塑分用量为 4 份时硫化胶的动态力学性能最佳。3 结论(1)在 /白炭黑胎面胶中加入莱茵塑分和,可以降低胶料的门尼粘度 ,提高胶料的挤出量和挤出速度,明显改善胶料的加工性能,但对硫化胶的物理性能影响不大。(2)在 / / 白炭黑胎面胶中加入莱茵塑分,可以降低胶料的门尼粘度, 提高胶料的挤出量和挤出速度及硫化胶的定伸应力,改善硫化胶的耐热老化性能。莱茵塑分用量为 4 份时, / /硫化胶的动态力学性能最佳。
