霍柱輝

（中國化工橡膠桂林有限公司，廣西 桂林 541004）

白炭黑作為補(bǔ)強(qiáng)材料已在輪胎中廣泛應(yīng)用。用白炭黑部分或全部替代炭黑用于胎面膠中，可以降低輪胎的滾動阻力，同時提高抗刺扎、抗崩花掉塊和抗?jié)窕阅?。工程機(jī)械輪胎胎面基部膠要求具有低生熱和良好的抗撕裂性能、耐熱性能和耐疲勞性能。寬基工程機(jī)械輪胎由于行駛速度慢、行駛里程短，胎面基部膠生熱要求相對較低，因此不少生產(chǎn)廠家仍然使用全炭黑胎面基部膠配方。近幾年，石油價格飛漲，嚴(yán)重依賴石油產(chǎn)業(yè)的炭黑價格一直處于高位運(yùn)行。相反，隨著白炭黑生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和白炭黑應(yīng)用技術(shù)的日趨成熟和推廣，炭黑與白炭黑的價格發(fā)生了逆轉(zhuǎn)，現(xiàn)在白炭黑價格僅為硬質(zhì)炭黑價格的80%左右。白炭黑作為綠色環(huán)保材料，適量代替炭黑用于胎面膠，并調(diào)整配方，可以在保證胎面膠性能的同時降低生產(chǎn)成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。本工作主要以降低成本為目的，在寬基工程機(jī)械輪胎胎面基部膠中用適量白炭黑部分替代硬質(zhì)炭黑，并且不加入硅烷偶聯(lián)劑，研究寬基工程機(jī)械輪胎胎面基部膠性能的變化。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），云南昆明新高深橡膠有限公司產(chǎn)品；炭黑N220，N330和N326，成都眾一化工銷售有限公司提供；白炭黑N975[二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.91，加熱減量（105 ℃×2 h）為5.7%，pH值為6.7，150μm篩余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.8×10-3，灼燒減量（900 ℃×2 h）為6.3%]，山東聯(lián)科白炭黑有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR/合成橡膠，100；炭黑N220，30；炭黑N326，20；芳烴油，5；活性劑，8；防老劑，4.5；硫黃和促進(jìn)劑，2.4；其它，3.5；合計173.4。

試驗(yàn)配方A：NR/合成橡膠，100；炭黑N330，40；白炭黑N975，10；芳烴油，5；活性劑，8；防老劑，4.5；硫黃和促進(jìn)劑，2.55；其它，3.5；合計173.55。

試驗(yàn)配方B：除用40份炭黑N220代替10份炭黑N330外，其余組分與試驗(yàn)配方A相同。

1.3 主要設(shè)備與儀器

Φ160×320開煉機(jī)，廣東省湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；BB-2型密煉機(jī)和BB370型密煉機(jī)，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；GK270型密煉機(jī)，上海昊華橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；XLB2Q型平板硫化機(jī)，浙江湖州宏圖機(jī)械有限公司產(chǎn)品；EKT-2001MC型門尼粘度儀，曄中科技有限公司產(chǎn)品；RHeometer（100S）型硫化儀，美國孟山都公司產(chǎn)品；微機(jī)控制拉力試驗(yàn)機(jī)，廣西師范大學(xué)秀峰電器廠產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在BB-2型密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：生膠→提壓砣活性劑、防老劑等炭黑、白炭黑芳烴油清掃、壓壓砣排膠，停放4 h。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→通過5次→硫黃、促進(jìn)劑→薄通5次→通過3次→左右割刀3次→出片（總混煉時間約6 min）。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在BB370型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速50 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料、炭黑、白炭黑→提壓砣芳烴油清掃、壓壓砣排膠（170±5 ℃）。二段混煉在GK270型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速20 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑清掃、壓壓砣清掃、壓壓砣排膠（105 ℃）。

1.5 性能測試

膠料各項(xiàng)性能測試均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 小配合試驗(yàn)結(jié)果

從表1可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，使用10份白炭黑等量替代炭黑的試驗(yàn)配方膠料門尼粘度增大，這是白炭黑表面結(jié)構(gòu)高且沒有加入偶聯(lián)劑所致；焦燒時間縮短，這是因?yàn)樵谂浞皆O(shè)計時考慮到白炭黑對促進(jìn)劑的吸附作用而增大促進(jìn)劑用量所致，使用炭黑N220的試驗(yàn)配方B膠料的焦燒時間比使用炭黑N330的試驗(yàn)配方A膠料更短；其他硫化特性相差不大；硬度和耐熱老化性能基本相當(dāng)；拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率稍有降低，但仍然保持較好的水平；300%定伸應(yīng)力及撕裂強(qiáng)度有所提高。根據(jù)配方設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，在炭黑N220，N330和N326膠料中，炭黑N330膠料一般具有較高的300%定伸應(yīng)力，試驗(yàn)配方A膠料的300%定伸應(yīng)力也說明了這一點(diǎn)，試驗(yàn)配方A膠料使用炭黑N330替代炭黑N220及N326，還彌補(bǔ)了添加白炭黑引起膠料300%定伸應(yīng)力下降的缺點(diǎn)；試驗(yàn)配方A膠料的壓縮生熱明顯降低，這是因?yàn)樘亢贜330和白炭黑配合比炭黑N220和N326配合更有利于降低膠料生熱；試驗(yàn)配方B膠料除300%定伸應(yīng)力比試驗(yàn)配方A膠料稍低外，其余性能與試驗(yàn)配方A膠料相近。

根據(jù)小配合試驗(yàn)結(jié)果，采用試驗(yàn)配方A進(jìn)行大配合試驗(yàn)，并適當(dāng)調(diào)整促進(jìn)劑用量。

2.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 大配合試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度稍高；試驗(yàn)配方膠料的促進(jìn)劑用量調(diào)整后，焦燒時間與生產(chǎn)配方膠料的焦燒時間基本一致，保證了加工安全性；試驗(yàn)配方膠料的硬度和耐熱老化性能基本相當(dāng)，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率稍降低，300%定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度提高，壓縮生熱明顯降低，這有利于減少肩空、脫層等質(zhì)量缺陷。大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

2.3 工藝性能

按照大配合試驗(yàn)混煉工藝，炭黑和白炭黑同時加入，共混煉5車試驗(yàn)配方膠料，一段混煉膠排膠溫度與生產(chǎn)配方膠料并無異常，基本在167～172℃，排膠時膠料呈連續(xù)塊狀，出片平整光滑，膠片斷面無明顯的白炭黑顆粒，說明白炭黑分散良好；終煉膠未出現(xiàn)焦燒、收縮、粗糙現(xiàn)象，膠片表面光滑，斷面較細(xì)膩。用熱喂料擠出機(jī)擠出工程機(jī)械輪胎胎面基部膠片，膠料稍硬，但包輥性能良好，擠出工藝正常，擠出溫度低于110 ℃，擠出膠片表面未出現(xiàn)熟膠、豁邊等質(zhì)量問題，表面較光滑，尺寸及質(zhì)量均符合工藝技術(shù)要求。輪胎成型工序中，試驗(yàn)?zāi)z料的膠片貼合成型時，與緩沖層粘合性能良好，接頭平整。

2.4 成品性能

用試驗(yàn)配方膠料試制23.5－25 16PR L-3工程機(jī)械輪胎，成品輪胎物理性能如表3所示。

表3 23.5-25 16PR L-3試驗(yàn)輪胎的物理性能

從表3可以看出，試驗(yàn)輪胎的物理性能良好，達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求，胎面與緩沖膠的粘合強(qiáng)度遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 成本分析

經(jīng)測算，與采用生產(chǎn)配方相比，采用試驗(yàn)配方生產(chǎn)的寬基工程機(jī)械輪胎胎面基部膠每車膠料成本降低37.9元，每千克膠料成本降低0.219元，按每條23.5－25 16PR L-3工程機(jī)械輪胎胎面基部膠質(zhì)量為48.7 kg計算，每條輪胎成本可降低約10元，按年產(chǎn)10萬條輪胎計算，每年可節(jié)約成本100萬元。

3 結(jié)論

（1）采用適量白炭黑部分替代炭黑，不加入偶聯(lián)劑，同時使用炭黑N330替代炭黑N220和N326，膠料的300%定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度有所提高，壓縮生熱明顯降低，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率有所降低，但仍保持較高的水平；成品輪胎物理性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且生產(chǎn)成本降低。

（2）在寬基工程機(jī)械輪胎胎面基部膠中使用10份白炭黑部分替代炭黑是可行的。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合不同規(guī)格寬基工程機(jī)械輪胎的特定使用條件，通過改進(jìn)配方可以進(jìn)一步提高白炭黑用量。