孫 稷，鄭 濤，張 寧，曹進(jìn)忠，王樹(shù)舉

(1.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300；2.山東八億輪胎制造有限公司，山東 薛城 277000)

炭黑屬于一種無(wú)定形碳，是一種輕、松且極細(xì)的黑色粉末，它的表面積非常大[1]。炭黑N375在胎面膠料中的補(bǔ)強(qiáng)性能、耐磨性能及抗裂口增長(zhǎng)性能特別適用于丁苯橡膠與順丁膠并用體系，主要用于轎車胎、載重胎及越野胎胎面膠以及高速輪胎側(cè)膠配方中。因此對(duì)比研究同一牌號(hào)不同廠家的炭黑對(duì)胎側(cè)終煉膠性能的影響，有利于針對(duì)不同的市場(chǎng)及車型使用不同的填料。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

天然橡膠(20#標(biāo)膠)：上海攀仞國(guó)際貿(mào)易有限公司；高順丁橡膠(BR9000)：中國(guó)石油天然氣獨(dú)山子石化分公司；氧化鋅：海順?shù)\業(yè)(淄博)有限公司；炭黑N375：美國(guó)卡博特公司/奧瑟亞建陽(yáng)炭黑有限公司；芳烴環(huán)保油(V700)：漢圣石化(寧波)有限公司；石蠟與微晶蠟的混合物(ANTILUX 111)：萊茵化學(xué)(青島)有限公司；促進(jìn)劑CZ、防老劑4020、防焦劑CTP、硫磺：山東尚舜化工有限公司。

1.2 儀器及設(shè)備

X(S)M-1.5X型小密煉機(jī)、XK-160型小開(kāi)煉、XLB-400-400型平板硫化機(jī)：青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備公司；XM370型密煉機(jī)、XM305型開(kāi)煉機(jī)：軟控股份有限公司；MV3000型門尼黏度檢測(cè)儀：德國(guó)Montech公司；Z010拉力試驗(yàn)機(jī)、Z3130硬度計(jì)：德國(guó)Zwick公司；GT-7011-DG型屈撓試驗(yàn)機(jī)：高鐵檢測(cè)儀器(東莞)有限公司。

1.3 基本配方

基本配方(質(zhì)量份)為：20#標(biāo)膠 40；高順丁橡膠(BR9000) 60；氧化鋅 3；硬脂酸 1；炭黑N375 50；微晶蠟Antilux111 1.5；環(huán)保油V700 12；防老劑4020、促進(jìn)劑CZ、防焦劑CTP、硫磺合計(jì)13.2。

1.4 胎側(cè)膠料生產(chǎn)

美國(guó)卡博特公司和奧瑟亞建陽(yáng)炭黑有限公司生產(chǎn)的炭黑N375產(chǎn)品分別標(biāo)記為A廠家N375和B廠家N375。輪胎胎側(cè)配方中分別應(yīng)用A廠家N375、B廠家N375生產(chǎn)胎側(cè)終煉膠試樣，其生產(chǎn)過(guò)程運(yùn)用的生產(chǎn)工藝為傳統(tǒng)式混煉工藝，傳統(tǒng)式煉膠工藝生產(chǎn)胎側(cè)終煉膠需進(jìn)行多段混煉，方可完成[2-10]，母煉膠進(jìn)行二次加工混煉前，需要進(jìn)行6～8 h停放，停放過(guò)程有利于結(jié)合膠的生成，如果整體工藝為4段，則中間需停放3次，方可生產(chǎn)出胎側(cè)終煉膠，終煉膠打卷后繼續(xù)停放6～8 h，半部件車間方可領(lǐng)用，用于擠出、壓出等生產(chǎn)線的膠料半部件加工，胎側(cè)擠出使用三復(fù)合擠出生產(chǎn)線，該設(shè)備可保證胎側(cè)膠與胎圈護(hù)膠的完美復(fù)合，擠出效果好[11]。

1.5 硫化膠的制備

胎側(cè)配方生產(chǎn)的胎側(cè)終煉膠試樣的各項(xiàng)物理化學(xué)性能檢測(cè)參照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，硫化特性按照GB/T16584—1996進(jìn)行測(cè)定；門尼黏度按照GB/T1232．1—2016進(jìn)行測(cè)定；硬度按照GB/T531．1—2008進(jìn)行測(cè)定；拉伸性能按照GB/T528—2009進(jìn)行測(cè)定；撕裂強(qiáng)度按照GB/T529—2008進(jìn)行測(cè)定；炭黑分散等級(jí)按照GB/T6030—2006進(jìn)行測(cè)定；屈撓龜裂性能按照GB/T13934—2006進(jìn)行測(cè)定。成品輪胎的耐久性按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/B NP01—2018《轎車子午線路胎耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試；成品輪胎的高速性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/B GP04—2018《轎車子午線輪胎高速性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 物理化學(xué)性能

A廠家N375和B廠家N375，檢測(cè)的物理化學(xué)性能數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 炭黑N375的理化測(cè)試結(jié)果1)

從表1可以看出，兩個(gè)廠家生產(chǎn)的炭黑N375的物理化學(xué)性能均在我公 司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 范圍之內(nèi)。B廠家N375的檢測(cè)數(shù)據(jù)與公司在用的A廠家N375對(duì)比，基本無(wú)差異，除炭黑純度稍低,體現(xiàn)在加熱減量和篩余物數(shù)值偏高。

2.2 小配合實(shí)驗(yàn)

使用A廠家N375生產(chǎn)的胎側(cè)配方編號(hào)標(biāo)記為F01F,使用B廠家N375生產(chǎn)的胎側(cè)配方編號(hào)標(biāo)記為F02F。

從表2的檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，與配方F01F相比，配方F02F胎側(cè)混煉膠的門尼黏度值略低，焦燒時(shí)間(t5)略短，但偏差不大，部件擠出性能下降，其他數(shù)據(jù)基本接近。整體來(lái)講，配方F01F、配方F02F檢測(cè)結(jié)果，均達(dá)到內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 快檢檢測(cè)數(shù)據(jù)1)

從表3胎側(cè)膠小配合物性檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，與配方F01F相比，配方F02F生產(chǎn)的胎側(cè)硫化膠硬度稍低，50%定伸應(yīng)力略有增加，斷裂伸長(zhǎng)率等性能略有降低。同時(shí)配方F02F生產(chǎn)的胎側(cè)膠料的回彈性約降低7%，這將影響胎側(cè)的屈撓性能，會(huì)在早期發(fā)生老化龜裂，與老化后的拉伸強(qiáng)度等測(cè)試數(shù)據(jù)互相佐證，炭黑分散等級(jí)降低1級(jí)，回彈性與炭黑分散將影響成品輪胎胎側(cè)的整體性能。

表3 胎側(cè)膠小配合物性檢測(cè)數(shù)據(jù)1)

2.3 大配合實(shí)驗(yàn)

因小配合中，老化前、后的測(cè)試數(shù)據(jù)一致，大配合測(cè)試數(shù)據(jù)不進(jìn)行老化前、后對(duì)比。

從表4胎側(cè)膠大配合物性檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，與配方F01F相比，配方F02F生產(chǎn)的終煉膠硫化后，硬度降低，50%定伸應(yīng)力略有提高(約為+2.4%)，斷裂伸長(zhǎng)率性能略有降低(約為-2.3%)。同時(shí)配方F02F生產(chǎn)的胎側(cè)膠料的回彈性差別約為9.7%，也不利于膠料的屈撓性能，易發(fā)生早期老化龜裂，炭黑分散度降低一個(gè)等級(jí)，以上檢測(cè)數(shù)據(jù)均不利于成品輪胎的胎側(cè)性能，整體數(shù)據(jù)趨勢(shì)與小配合物的檢測(cè)數(shù)據(jù)趨勢(shì)一致。

表4 胎側(cè)膠大配合物性檢測(cè)數(shù)據(jù)1)

2.4 工藝性能

終煉膠的快檢結(jié)果如表5所示。從表5可以看出，與配方F01F相比，配方F02F硫化膠的焦燒時(shí)間(t5)略短，加工性能降低。

表5 終煉膠快檢數(shù)據(jù)

2.5 屈撓性能

配方F01F、配方F02F生產(chǎn)的終煉膠取不同的車次，平板硫化后制作成測(cè)試試片，1、2、3試片對(duì)應(yīng)配方F01F的3車終煉膠；4、5、6試片對(duì)應(yīng)配方F02F的3車終煉膠，試樣測(cè)量屈撓次數(shù)后取平均值，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 終煉膠料屈撓性試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 成品性能驗(yàn)證

生產(chǎn)的胎側(cè)膠料進(jìn)行成品輪胎性能驗(yàn)證，成品輪胎規(guī)格為：185/60R14 82 h RRD16。

3.1 耐久性能

測(cè)試依據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/B NP 01-2018《轎車子午線輪胎耐久性能試驗(yàn)方法》，測(cè)試輪胎的充氣壓力為180 kPa，結(jié)果如表7所示。從表7可以看出，配方F01F、配方F02F生產(chǎn)輪胎的測(cè)試的結(jié)果分別為86 h、84 h，性能差異約為2.3%，成品輪胎耐久性能測(cè)試時(shí)間超過(guò)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表7 成品輪胎耐久性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2 高速性能

測(cè)試依據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/B GP 04—2018《轎車子午線輪胎高速性能試驗(yàn)方法》，測(cè)試輪胎的充氣壓力為280 kPa，結(jié)果如表8所示。配方F01F、配方F02F生產(chǎn)輪胎的測(cè)試結(jié)果分別為118 min、115 min，性能差異約2.5%，成品輪胎高速性能測(cè)試時(shí)間，超過(guò)研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表8 成品輪胎高速性能試驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié) 論

通過(guò)研究對(duì)比不同廠家生產(chǎn)同一牌號(hào)的炭黑，針對(duì)性的應(yīng)用于胎側(cè)配方中，并分析配方生產(chǎn)的胎側(cè)終煉膠的性能發(fā)現(xiàn)，炭黑純度的不同，隨著篩余物的減少，斷裂伸長(zhǎng)率等性能得到不同程度的提升，膠料的屈撓性能得到提升，可針對(duì)性的優(yōu)化成品胎的高速及耐久性能，這將對(duì)個(gè)性化市場(chǎng)及車型配方的選配有相應(yīng)的指導(dǎo)作用，有利于針對(duì)性地做細(xì)、做強(qiáng)。