黃仙紅，蘇忠鐵，陳家輝，胡善軍，呂志文，胡金龍，韓啟龍

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著國內全鋼子午線輪胎的發(fā)展趨于緩和，客戶選擇輪胎越來越注重高性價比，降低輪胎成本成為各輪胎企業(yè)的立足理念之一。

無機填料作為低成本填充材料在輪胎行業(yè)的應用越來越廣泛，如白炭黑降低滾動阻力，提高抗?jié)窕阅埽粚訝罱Y構的無機填料氣體阻隔性優(yōu)異，可用于輪胎氣密層中[1]。目前應用較多的無機填料以炭黑和白炭黑[2-6]為主，其余有碳酸鈣[7]、高嶺土[8]、陶土[9]以及近年來出現的新型無機填料如次石墨粉[10]、硅格粉[11]等。無機填料應用于橡膠中具有降低生熱、改善加工性能等作用[12]。硫酸鋇來源于自然界的礦物質重晶石，因其具有吸收X射線和伽馬射線的性能，醫(yī)學上常用于放射學檢查造影劑[13]；作為無機填料硫酸鋇在橡膠工業(yè)中也具有應用前景，研究表明硫酸鋇應用于氣密層膠可提高其耐屈撓龜裂性能[14]。

本工作研究硫酸鋇在全鋼子午線輪胎下三角膠中的應用，以期利用硫酸鋇的性價比優(yōu)勢，降低下三角膠的成本，提高產品競爭力。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；硫酸鋇，杭州富陽白玉化工有限公司產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1500以及炭黑，市售品。

1.2 配方

生產配方（用量/份）：NR 70，SBR 30，炭黑110，氧化鋅 3，硬脂酸 2，防老劑4020和RD 2，硫黃 3.5，促進劑CBS 2，其他 18.8。

試驗配方（用量/份）：NR 70，SBR 30，炭黑105，硫酸鋇 30，氧化鋅 3，硬脂酸 2，防老劑4020和RD 2，硫黃 3.5，促進劑CBS 2.3，其他 18.8。

1.3 主要設備和儀器

XK-160型開煉機，無錫第一橡塑機械有限公司產品；2.5 L小型密煉機，佰弘機械（上海）有限公司產品；F370型和F270型密煉機，桂林橡膠機械有限公司產品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；XLB-D型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產品；GT-TCS-2000-G型電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；動態(tài)熱機械分析（DMA）儀，德國耐馳儀器公司產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗采用兩段混煉工藝，一段混煉在2.5 L小型密煉機中進行，轉子轉速為80 r·min-1。混煉工藝如下：生膠（30 s）→炭黑、硫酸鋇和小料→壓壓砣（50 s）→提壓砣清掃→芳烴油、增粘樹脂→壓壓砣至150 ℃→排膠，在開煉機上下片。二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑CBS→左右割刀各3次→薄通、打三角包6次→出片。

大配合試驗采用3段混煉工藝，一段和二段混煉均在F370型密煉機中進行，三段混煉在F270型密煉機中進行。3段混煉轉子轉速分別為50，45，30 r·min-1。

一段混煉工藝如下：加生膠及2/3炭黑→壓壓砣（30～35 s）→提壓砣（125 ℃）→加軟化劑芳烴油→壓壓砣（30～35 s）→提壓砣→壓壓砣至155℃→排膠。

二段混煉工藝如下：加一段混煉膠、1/3炭黑和硫酸鋇→壓壓砣（30～35 s）→提壓砣（125 ℃）→加軟化劑和樹脂等→壓壓砣至155 ℃→排膠。

三段混煉工藝如下：加二段混煉膠、硫黃和促進劑→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（35 s）→提壓砣→壓壓砣至105 ℃→排膠。

膠料在平板硫化機上硫化，硫化條件為151 ℃×30 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

硫酸鋇的理化分析結果見表1。

表1 硫酸鋇的理化性能

從表1可以看出，硫酸鋇的各項理化性能均達到指標要求。

2.2 小配合試驗

小配合試驗結果見表2。

從表2可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的FL減小，Fmax增大，可能原因為促進劑用量的增大，導致膠料的交聯密度增大，表明硫酸鋇的加入對膠料的加工性能無負面影響；試驗配方膠料的t10和t90相差不大，硫化返原略快；與生產配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的密度明顯增大、邵爾A型硬度略增大、定伸應力相當、拉伸強度略減小。表明硫酸鋇對膠料無明顯補強作用，其主要發(fā)揮填充作用，導致含膠率下降，補強作用減弱。

表2 小配合試驗結果

從表2還可以看出：與生產配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠60 ℃時的tanδ略減小，表明試驗配方硫化膠的滾動阻力小，生熱低；試驗配方硫化膠的熱導率增大，分析認為，下三角膠中加入導熱性能好的硫酸鋇能提高膠料的熱導率，有助于對胎圈部位積累高熱量的傳導，對減緩胎圈損壞有益。

2.3 大配合試驗

大配合試驗結果見表3。

從表3可以看出，大配合試驗膠料的硫化特性和物理性能變化趨勢與小配合試驗膠料基本一致。綜合來看，加入30份硫酸鋇對下三角膠整體物理性能影響不大，但膠料的導熱性能提升明顯，膠料的密度大、體積小、致密性好，硫酸鋇是下三角膠類高填充部件的優(yōu)良填料。

表3 大配合試驗結果

2.4 工藝性能

采用大配合試驗膠料進行工藝性能評價，壓出制品的表面見圖1。從圖1可以看出，試驗膠料壓出制品的表面光滑，成型時未出現工藝問題。

圖1 壓出制品的表面

2.5 經濟性

硫酸鋇來源于自然界，價格低廉，用作下三角膠的填料，可有效降低成本。在對試驗配方下三角膠性能影響不大的前提下，可降低成本0.57元·kg-1，以12.00規(guī)格的輪胎計算，每條輪胎可降低成本約0.9元，以年產150萬條輪胎計算，一年可節(jié)約成本135萬元。

3 結論

（1）與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的FL減小，Fmax增大，即試驗配方膠料的交聯密度增大；試驗配方膠料的t10和t90相差不大，硫化返原略快。

（2）與生產配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的密度明顯增大、硬度略增大、定伸應力相當、拉伸強度略減?。?0 ℃時的tanδ略減小，可降低生熱；熱導率增大，導熱性能提高。

（3）在全鋼子午線輪胎下三角膠中使用硫酸鋇部分替代炭黑，對膠料性能影響不大，硫酸鋇價格較低，經濟效益提升顯著。