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        熱穩(wěn)定劑在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

        2022-07-20 01:27:36周寶珍王俊英王振玲王書(shū)磊陳雪梅
        輪胎工業(yè) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:物理性能穩(wěn)定劑膠料

        周寶珍,孫 濤,劉 峰,王俊英,王振玲,王書(shū)磊,邢 濤,陳雪梅

        (山東玲瓏輪胎股份有限公司,山東 招遠(yuǎn) 265400)

        隨著輪胎行業(yè)的不斷發(fā)展,人們對(duì)輪胎的性能要求越來(lái)越高,尤其是使用壽命。輪胎的胎面與地面接觸,要求胎面膠具有低滾動(dòng)阻力,良好的耐磨、抗刺扎及抗崩花掉塊[1-2]、耐熱和耐老化等性能,從而延長(zhǎng)輪胎的使用壽命[3-4]。

        輪胎在使用過(guò)程中與地面接觸生熱以及內(nèi)摩擦生熱,會(huì)導(dǎo)致膠料交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)老化降解。返原使膠料的物理性能下降,內(nèi)摩擦增大,生熱速度加快,從而導(dǎo)致橡膠制品損壞,使用壽命縮短。在膠料中添加熱穩(wěn)定劑以提高其熱穩(wěn)定性是延長(zhǎng)輪胎使用壽命的一種快捷有效的方法[5-7]。

        熱穩(wěn)定劑HS-80是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的有機(jī)絡(luò)合物和活化劑的混合物,能夠抑制硫化膠在高溫下多硫交聯(lián)鍵的斷裂,促進(jìn)多硫交聯(lián)鍵向雙硫鍵和單硫鍵轉(zhuǎn)化,從而保持硫化膠在受熱條件下的交聯(lián)密度穩(wěn)定[8-10]。熱穩(wěn)定劑SL-9090是一種特殊脂肪酸金屬皂鹽的混合物。熱穩(wěn)定劑能夠賦予橡膠制品優(yōu)異的熱穩(wěn)定性,改善橡膠制品在高溫下的動(dòng)態(tài)性能,從而提高硫化膠的物理性能保持率,延長(zhǎng)輪胎使用壽命。

        本工作主要研究熱穩(wěn)定劑SL-9090和HS-80在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 主要原材料

        天然橡膠(NR),SCRWF(原SCR5),上海韜睿實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品;炭黑N134,山東俱進(jìn)化工材料有限公司產(chǎn)品;熱穩(wěn)定劑SL-9090,華奇化工有限公司產(chǎn)品;熱穩(wěn)定劑HS-80,大連天寶化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品。

        1.2 試驗(yàn)配方

        NR 100,炭黑N134 50,氧化鋅 3,硬脂酸2,熱穩(wěn)定劑 變品種、變量(見(jiàn)表1),硫黃和促進(jìn)劑 2.6,其他 8.4。

        表1 兩種熱穩(wěn)定劑用量 份

        1.3 主要設(shè)備和儀器

        Ф160 mm×320 mm開(kāi)煉機(jī),煙臺(tái)橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品;GKl.5N型密煉機(jī),德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品;MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀和MV2000型門(mén)尼粘度儀,美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;P-200-2PCD型平板硫化機(jī),中國(guó)臺(tái)灣磐石油壓工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品;DKD-K-1680l型自動(dòng)硬度計(jì),德國(guó)Bareiss公司產(chǎn)品;CMT-4503型電子拉力試驗(yàn)機(jī),深圳新三思材料檢測(cè)有限公司產(chǎn)品;EPLEXOR500N型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析(DMA)儀,德國(guó)GABO公司產(chǎn)品;5109型彈性試驗(yàn)儀,德國(guó)Zwick/Roell公司產(chǎn)品;401A型老化箱,江蘇新真威試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品;GT-7012-D型磨耗試驗(yàn)機(jī),中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品;EVO MA15型掃描電子顯微鏡(SEM),德國(guó)Carl zeiss公司產(chǎn)品。

        1.4 試樣制備

        膠料分兩段混煉。一段混煉在GKl.5N型密煉機(jī)中進(jìn)行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1,混煉工藝為:生膠→炭黑→小料→排膠(溫度為160 ℃);二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行,混煉工藝為:一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→下片。膠料停放至少8 h后在平板硫化機(jī)上硫化,硫化條件為151 ℃×30 min。

        1.5 性能測(cè)試

        各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 理化性能

        兩種熱穩(wěn)定劑的理化性能見(jiàn)表2。

        表2 兩種熱穩(wěn)定劑的理化性能

        從表2可以看出,熱穩(wěn)定劑SL-9090和HS-80中都含有鋅和不飽和鍵,但兩者的含量不同。

        2.2 灰分元素分析

        采用SEM/能譜儀分析熱穩(wěn)定劑的灰分元素含量,測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。

        從表3可以看出,熱穩(wěn)定劑HS-80中僅含有C,O和Zn三種元素,而熱穩(wěn)定劑SL-9090中除含有這3種元素外還含有大量的稀土金屬元素。

        表3 兩種熱穩(wěn)定劑的灰分中各元素占比 %

        2.3 紅外光譜分析

        兩種熱穩(wěn)定劑的紅外光譜如圖1所示。

        圖1 兩種熱穩(wěn)定劑的紅外光譜

        從圖1可以看出,熱穩(wěn)定劑SL-9090與HS-80的紅外光譜相似度為53.4%,說(shuō)明二者不是同一種物質(zhì)。經(jīng)分析認(rèn)為,熱穩(wěn)定劑SL-9090是由鋅化合物、稀土金屬化合物的不飽和脂肪族化合物混合而成,而熱穩(wěn)定劑HS-80是由鋅化合物、不飽和脂肪族或芳香族化合物混合而成,長(zhǎng)鏈亞甲基(CH2)n中n≥2。

        2.4 硫化特性

        不同熱穩(wěn)定劑膠料的硫化特性見(jiàn)表4。

        從表4可以看出:與1#配方膠料相比,2#—4#配方膠料的門(mén)尼粘度減小6%~8%,t5延長(zhǎng)2%~5%,加工性能得到改善;2#—5#配方膠料的tR3%和t90-t10延長(zhǎng),且與熱穩(wěn)定劑用量呈正比,說(shuō)明加入熱穩(wěn)定劑的膠料抗硫化返原性提高,硫化速度減慢,其中加入2份熱穩(wěn)定劑HS-80的膠料抗硫化返原性最好。

        表4 不同熱穩(wěn)定劑膠料的硫化特性

        2.5 物理性能

        不同熱穩(wěn)定劑硫化膠的物理性能見(jiàn)表5。

        表5 不同熱穩(wěn)定劑硫化膠的物理性能

        從表5可以看出:與1#配方硫化膠相比,老化前2#—5#配方硫化膠的總交聯(lián)密度提高9%~14%,其余主要物理性能差異均在5%范圍內(nèi);老化后2#—4#配方硫化膠的主要物理性能差異在5%范圍內(nèi);5#配方硫化膠的100%和300%定伸應(yīng)力分別提高17%和11%,說(shuō)明其模量略高;3#和4#配方硫化膠老化后的300%定伸應(yīng)力變化率相對(duì)較小,其耐熱穩(wěn)定性相對(duì)較好。

        2.6 高溫拉伸性能

        不同熱穩(wěn)定劑膠料在100 ℃×48 h老化后的80 ℃高溫拉伸性能見(jiàn)表6。

        從表6可以看出:2#—4#配方膠料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均大于5#配方膠料;其中3#配方膠料的100%和300%定伸應(yīng)力高溫保持率相對(duì)較高,且拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率保持較好,其耐高溫性能最優(yōu)。

        表6 不同熱穩(wěn)定劑膠料老化后的80 °C高溫拉伸性能

        2.7 DMA數(shù)據(jù)

        不同熱穩(wěn)定劑膠料的損耗因子(tanδ)如表7和圖2所示。

        表7 不同熱穩(wěn)定劑膠料的tan δ

        圖2 不同熱穩(wěn)定劑膠料的DMA曲線

        從表7和圖2可以看出,1#—5#配方膠料的生熱相當(dāng),這與高溫回彈值結(jié)果一致。

        3 結(jié)論

        (1)加入熱穩(wěn)定劑SL-9090和HS-80,膠料的門(mén)尼粘度減小,硫化速度減慢,抗硫化返原性提高,且與熱穩(wěn)定劑用量呈正比,加入2份熱穩(wěn)定劑HS-80的膠料抗硫化返原性最好。

        (2)加入熱穩(wěn)定劑SL-9090和HS-80,硫化膠的物理性能變化不大,生熱相當(dāng),其中加入3份熱穩(wěn)定劑SL-9090的膠料耐高溫性能最優(yōu)。

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