張寧，王宗環(huán)，吳洪陽(yáng)，曹進(jìn)忠，潘存孝，李海艷

(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 277500)

歐盟對(duì)輪胎環(huán)保的要求日益嚴(yán)苛，以便降低橡膠工業(yè)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，硫黃硫化體系中氧化鋅這種助劑是不可缺少的硫化活性劑，氧化鋅中可溶性鋅化合物對(duì)水生物有害，對(duì)環(huán)保有負(fù)向作用。歐美有研究稱，地下水中的鋅多源于輪胎磨損和廢輪胎的橡膠粒子，橡膠粉塵和粒子中含大量鋅，會(huì)對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期的不良影響，對(duì)環(huán)境有害。歐盟EcoZinc減鋅計(jì)劃要求膠料中的鋅含量必須降到最低，因此減少輪胎膠料中氧化鋅的用量，己迫在眉睫。

活性劑氧化鋅（環(huán)保型）NC105采用全新特殊工藝生產(chǎn)，以活性氧化鋅為包覆層，納米碳酸鈣為核，其比面積可達(dá)到20～30 m2.g，可作為輪胎中高效活性劑等量替代氧化鋅，氧化鋅含量可降低40%～50%，可達(dá)到歐盟REACH法規(guī)對(duì)鋅含量的環(huán)保要求，是間接法氧化鋅非常理想的替代品。在保持膠料綜合性能不變的情況下，其環(huán)保特性和價(jià)格優(yōu)勢(shì)較為明顯。本文主要研究活性氧化鋅（環(huán)保型）NC105應(yīng)用在子午線輪胎胎面膠配方中。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料及助劑

NR天然橡膠 20#標(biāo)準(zhǔn)膠，TSR20泰國(guó)進(jìn)口；黑炭黑N326，卡博特公司；硬脂酸SAD，益海嘉里投資有限公司；間接法氧化鋅ZnO，淄博海順鋅業(yè)有限公司；抗撕裂樹脂，山東摩爾化工有限公司；防老劑RD，山東尚舜化工有限公司；硫磺S、促進(jìn)劑CBS 山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司，其他均為市售產(chǎn)品。

1.2 胎面混煉膠的制備

子午線輪胎胎面膠配方詳見表1，其中1#配方為生產(chǎn)配方，2#、3#為試驗(yàn)配方，2#試驗(yàn)配方除用3.6份 活性劑氧化鋅（環(huán)保型）NC105等量替代普通間接法氧化鋅外，其他組分及用量與生產(chǎn)配方一致；3#試驗(yàn)配方:除用1.8份環(huán)活性劑氧化鋅（環(huán)保型）NC105替代50%普通間接法氧化鋅外，其他組分及用量與生產(chǎn)配方一致。

表1 胎面混煉配方

小配合混煉膠的制備：在密煉機(jī)（X(S)M-1.5X型密煉機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司）中加入橡膠，溫度為70 ℃，轉(zhuǎn)速為70 r/min，塑煉1 min后加入白炭黑和環(huán)保芳烴油V700，密煉120 s，在150 ℃排膠得到了母煉膠。然后在開煉機(jī)（XK-160型開煉機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司）上加入母煉膠、促進(jìn)劑和硫化劑，然后混煉3 min出片后得到混煉膠，放置24 h備用。

大配合混煉膠的制備：

車間大料試驗(yàn)工藝采用SSM低溫一步法煉膠工藝，天然橡膠（20#標(biāo)膠）等生膠料與硬脂酸、硫磺、促進(jìn)劑CBS、防焦劑CTP等小料在XM370型密煉機(jī)中進(jìn)行預(yù)混合混煉，然后排膠到XM305型開煉機(jī)（雙驅(qū)全自動(dòng)）上，初步塑煉并壓制成片，然后分流給4組全自動(dòng)混煉開煉機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步混煉，胎側(cè)膠料在每組混煉開煉機(jī)上進(jìn)行自動(dòng)混煉，過程包含補(bǔ)充混煉、膠料冷卻、膠料收取等步驟。

硫化膠的制備：采用平板硫化機(jī)（XLB-400-400型四立柱平板硫化機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司）進(jìn)行硫化得到硫化膠，硫化溫度為 155 ℃，壓力為 16 MPa， 硫化時(shí)間為38 min。

然后測(cè)試各項(xiàng)性能,標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 測(cè)試與表征

間接法氧化線和活性劑氧化鋅（環(huán)保型）NC105的 物 理 性 能 分 別 按 照 GB / T3185—2016、 GB / T19589—2004 進(jìn)行測(cè)定；硫化特性按照 GB/6584 —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—008 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/T60302006 進(jìn)行測(cè)定;屈撓龜裂性能按照 GB / 13934—2006 進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 物理化學(xué)數(shù)據(jù)分析

間接法氧化鋅和活性氧化鋅(環(huán)保型)NC105均為白色粉末，其的物理和化學(xué)性能，詳見表2(間接法氧化鋅的物理和化學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)結(jié)果)和表3[活性氧化鋅（環(huán)保型）NC105的物理和化學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)結(jié)果]。

從表2、表3我們可以看出，間接法氧化鋅和活性氧化鋅（環(huán)保型）NC105的物理和化學(xué)性能均達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求,且后者的重金屬含量符合《關(guān)于限制在電子電氣設(shè)備中使用某些有害成分的指令》(RoHS)要求，同時(shí)鋅含量明顯比普通間接法氧化鋅低，且比表面積遠(yuǎn)大于間接法氧化鋅。

表2 間接法氧化鋅的物理和化學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)結(jié)果

表3 活性氧化鋅（環(huán)保型）NC105的物理和化學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)結(jié)果

2.2 小配合試驗(yàn)

2.2.1 膠料的硫化特性

混煉膠硫化特性如表4所示。

從表4我們可以看出，與生產(chǎn)1#配方膠料相比，2#試驗(yàn)配方和3#試驗(yàn)配方膠料的門尼黏度高3個(gè)值；ML略高，MH略低，t10略高，t50和t90略低，總體數(shù)值變化不大。說明硫化速率與生產(chǎn)配方基本接近。

表4 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

2.2 膠料的物理性能

硫化膠料的物理性能如表5所示

從表5我們可以看出，與生產(chǎn)1#配方膠料相比2#試驗(yàn)配方和3#試驗(yàn)配方膠料的邵爾A型硬度值略高1～2個(gè)值；100%定伸應(yīng)力、200%定伸應(yīng)力、300%，定伸應(yīng)力數(shù)值略有提高，但差異很小；拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率無(wú)明顯變化；永久變形2#試驗(yàn)配方略佳，撕裂強(qiáng)度3#試驗(yàn)配方略佳，回彈性略微降低，磨耗性性試驗(yàn)配方略優(yōu)于1#生產(chǎn)配方。

表5 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理特性

2.3 大配合試驗(yàn)

2.3.1 大配合膠料的硫化特性

從表6我們可以看出，與生產(chǎn)1#配方膠料相比，2#試驗(yàn)配方和3#試驗(yàn)配方膠料的門尼黏度高5個(gè)值，加工性能略有降低；ML略高約為6%～8%，MH略低約為1%～2%，t10略高，t50和t90略低約為4%，總體數(shù)值變化趨勢(shì)與小配合一致，說明硫化速率與生產(chǎn)配方基本接近。

表6 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

2.3.2 大配合膠料的物理性能

從表6我們可以看出，與生產(chǎn)1#配方膠料相比，3#試驗(yàn)配方膠料的邵爾A型硬度值略高1個(gè)值；100%定伸應(yīng)力略高約為5%、200%定伸應(yīng)力略高約為2.7%、300%定伸應(yīng)力無(wú)差異；拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率無(wú)明顯變化；永久變形2#試驗(yàn)配方略佳，撕裂強(qiáng)度3#試驗(yàn)配方略佳，回彈性略微降低約為2%～5%，磨耗性性2#試驗(yàn)配方和3#試驗(yàn)配方，略優(yōu)于1#生產(chǎn)配方提升約為5%～6%。試驗(yàn)結(jié)果表明，1#生產(chǎn)配方、2#試驗(yàn)配方和3#試驗(yàn)配方，膠料的各項(xiàng)性能基本處于同等水準(zhǔn)，與生產(chǎn)配方膠料差異不明顯，且部分性能優(yōu)于生產(chǎn)配方，耐磨性從膠料性能判斷約提升5%～6%。

2.4 成品、工藝性能

終煉膠料分別進(jìn)行半部件的壓出、成型、硫化等制造工序未發(fā)現(xiàn)異常反饋，試驗(yàn)配方壓出過程生產(chǎn)正常，試驗(yàn)配方膠料半制品部件壓出表面平整光滑、尺寸穩(wěn)定、粘性以及氣體率均滿足現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝要求；成型、硫化制造生產(chǎn)工藝良好，試驗(yàn)配方半制品接頭粘性和胎坯挺性良好。試制的成品輪胎，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐久性能測(cè)試，試驗(yàn)表明:輪胎耐久測(cè)試運(yùn)行47 h未損壞(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)≥47 h)，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表7 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理特性

3 結(jié)論

（1）試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示，活性氧化鋅（環(huán)保型）NC105等量替代間接法氧化鋅應(yīng)用在子午線輪胎胎面膠配方中，膠料的各項(xiàng)性能無(wú)明顯差異變化，可保證成品輪胎的使用性能，且從膠料磨耗性能方面分析，其性能提升約5%～6%。

（2）從環(huán)保角度考慮，活性氧化鋅（環(huán)保型）NC105等量替代間接法氧化鋅應(yīng)用在子午線輪胎胎面膠配方中，可減少約為32%的鋅含量，可有效降低輪胎中重金屬的含量，滿足環(huán)保需求，可有效的應(yīng)對(duì)歐盟法規(guī)。