陳健,邵長城,張寧,曹進忠,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 277800)
溶聚丁苯橡膠最早由美國Phillips公司于1964年實現工業(yè)化,這一時期的溶聚丁苯橡膠產品被稱為第一代溶聚丁苯橡膠。第一代溶聚丁苯橡膠分子鏈規(guī)整性好,產品在耐磨性、回彈性、生熱與滯后損失方面均較乳聚丁苯橡膠優(yōu)異,但加工性能與抗?jié)窕阅懿患眩拗屏似渫茝V應用。
20世紀70年代后期,通過對產品乙烯基含量和苯乙烯單體序列分布的調整,結合分子鏈端改性技術的應用,產生了第二代溶聚丁苯橡膠。第二代溶聚丁苯橡膠兼顧了橡膠的滾動阻力和抗?jié)窕?,更好地滿足輪胎節(jié)能和安全要求。
20世紀80年代,集成橡膠的概念被Nordsiek提出,通過分子設計,對溶聚丁苯橡膠分子鏈的結構進行優(yōu)化,使橡膠材料相互矛盾的幾個性能集中于同一個分子鏈中,最大限度地提高橡膠的綜合性能。集成橡膠產品被稱作第三代溶聚丁苯橡膠,其具備以下特點,一是在溶聚丁苯橡膠大分子鏈中引入異戊二烯鏈段,二是通過分子鏈結構調整制成含有漸變式序列結構的嵌段型溶聚丁苯橡膠。上述性能可更好的滿足輪胎胎面膠對低溫性、抗?jié)窕约鞍踩缘囊蟆?/p>
本工作主要研究“不同牌號的SSBR橡膠”在半鋼子午線輪胎胎面配方中的應用,通過對其性能進行對比分析,體現不同牌號的SSBR橡膠性能的優(yōu)劣。
總之,豐源輪胎制造股份有限公司“不同牌號的SSBR橡膠在胎面配方中”的研究工作,有利于針對性的提升差異化產品的性能,強化豐源輪胎的“獨角獸”產品的市場競爭力和產品附加值,為豐源輪胎公司樹立民族品牌的形象打下更堅實的基礎。
丁苯橡膠SBR,牌號1723,中國石化齊魯股份有限公司橡膠廠產品;溶聚丁苯橡膠RC2557S,中國石油獨山子石化公司;白炭黑1 115 MP,青島羅地亞白炭黑有限公司;環(huán)保油,牌號V700,德國漢圣公司產品;微晶蠟,牌號Antilux111,萊茵化學(青島)有限公司產品;硅烷偶聯劑Si69,南京曙光化工;炭黑N234,江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰?;氧化鋅ZnO,安丘恒山鋅業(yè);硬脂酸SAD,青島旭謙進出口公司;硫磺S、促進劑CZ、促進劑DPG(D)、防老劑4020,山東尚舜化工有限公司;防焦劑CTP,山東陽谷華泰。
基本配方(單位:份):丁苯橡膠SBR1723(膠含量66.47%)36.32;溶聚丁苯橡膠RC2557S(膠含量73.56%)103.13;白炭黑1 115 MP 65;環(huán)保油V700 8;微晶蠟Antilux111 1.5;硅烷偶聯劑Si69 9;硬脂酸SAD、防老劑4020 4;炭黑N234 20;氧化鋅ZnO、硫磺S、促進劑CZ、促進劑DPG、防焦劑CTP 7.15。
雙驅動開煉機,XK(S)-160,青島科高橡塑機械技術裝備公司;小密煉機,X(S)M-1.5X,青島科高橡塑機械技術裝備有限公司;開放式煉膠機,XK-160,青島科高橡塑機械技術裝備有限公司;車間密煉機,SSM低溫一步法煉膠生產設備,大連橡塑機械公司、北京萬向新元公司。門尼黏度儀,MV3000,德國Montech公司;拉伸強度,Zwick Z010拉力試驗機,德國Zwick公司;抗撕裂強度,Zwick Z010拉力試驗機,德國Zwick公司;邵氏A 硬度,GTGS-MB,高鐵檢測儀器(東莞)有限公司;電子天平,SYC-TP-023;平板硫化機XLB-600,青島先銳機電有限公司。
小配合試驗在密煉機進行母膠混煉,開煉機上進行終膠加硫。一段混煉順序為:生膠→白炭黑→硬脂酸、防老劑等小料→排膠→開煉機下片;一段母煉膠料停放4 h后進行二段混煉,二段混煉順序為:一段母煉→炭黑→ZnO→排膠→開煉機下片;二段母煉膠料停放4 h后進行開煉機加硫,三段開煉機混煉順序為:二段母膠→硫黃、促進劑、防焦劑等小料→下片。
車間大料試驗膠料的生產工藝為SSM低溫一步法煉膠工藝,生膠料與小料在密煉機中初步混煉后,排放到雙驅全自動開煉機上,壓制成片后分流給4組全自動混煉開煉機,膠料在每組混煉開煉機上實現自動混煉,全過程為補充混煉、冷卻、收取[4~5]。
小配合試樣膠料在青島先銳機電有限公司生產的XLB-600型蒸汽平板硫化機上硫化后進行相關項目的檢測。
快檢性能 采用德國Montech公司生產的MV3000型門尼黏度試驗機,按照GB/T1232.1—2016檢測門尼黏度,溫度100 ℃,預熱1 min,測試4 min的門尼黏度記為ML(1+4)100 ℃;按照GB/T1233—2008檢測焦燒性能,溫度130 ℃。
物理機械性能 采用德國Zwick公司生產的Zwick Z010型拉力試驗機,按照GB/T528—2009測試拉伸性能,按照GB/T528—2009測試撕裂性能;采用山東德瑞克儀器有限公司生產的MD-300型密度儀,按照GB/T533—2008測試密度;采用高鐵檢測儀器(東莞)有限公司生產的GT-505-CBD型 炭黑分散度儀,按照GB/T6030—2006測試炭黑分散等級;采用高鐵檢測儀器(東莞)有限公司生產的GT-GS-MB型 硬度計,按照GB/T531.1—2008測試 硬度(邵氏A)。
壓縮永久變形 采用臺灣高鐵電子儀器有限公司生產的RH-2000型壓縮生熱試驗機,按照GB/T52—2009測試。
硫化性能 采用美國阿爾法檢測儀器有限公司生產的81001(MDR2000型無轉子密閉模硫變儀,按照GB/T528—2009檢測硫化特性。
磨耗性能 采用江都市精誠測試儀器有限公司生產的JC-1076型阿克隆磨耗試驗機,按照GB/T1689—2014檢測磨耗性能
動態(tài)力學性能 采用法國Metravib 公司生產的DMA+1000型動態(tài)力學分析儀測試樣品的黏彈行為,進行DMA溫度掃描,測試采用拉伸模式,靜態(tài)預應力為20 N,動態(tài)型變?yōu)?0~4 m,頻率為10 Hz,升溫速率為1 ℃/min,測試溫度為 -40~80 ℃。
動態(tài)力學性能 采用美國阿爾法檢測儀器有限公司生產的RPA2000型橡膠加工分析儀對膠料進行應變掃描(RPA for Strain test),測試溫度為100 ℃、頻率為10 Hz、形變掃描為1%~40%。
采用牌號RC2564SHP755RSL563RNS616等8種溶聚丁苯膠等膠量份數替代RC2557S,在R胎面配方中進行試驗,新的試驗配方命名為R-01~R-08,下述8種溶聚丁苯膠按其充油量進行等量調整,具體方案見表1所示。
表1 不同品牌SSBR在胎面膠配方中的應用方案
牌號RC2564SHP755RSL563RNS616等9種溶聚丁苯膠基本描述詳見表2。
表2 不同品牌溶聚丁苯橡膠基本情況
從表3可以看出,使用RC2564S、SL563R、SL553R、NS616、SSBR2300膠料的門尼黏度稍低在 40~57范 圍, 使 用 RC2557S、SSBR2353、SE-3231膠料的門尼黏度在72左右;使用SL563R和NS616膠料的門尼焦燒時間最長(>25 min),使用SL553R、SSBR2300、SE-3231膠料的焦燒時間次之(23~24 min);使用HP755R膠料的ML最高,使用SL563R和NS616膠料的ML最低,其他的膠料ML相當;使用SL553R、SSBR2300膠料的MH最高,使用RC2564S、NS616膠料的MH最低,其他的膠料ML相當。使用SSBR2353膠料的T90最短,硫化速度較快,使用HP755R膠料的T90最長,硫化速度較慢,其他的膠料的硫化速度相差不是太大。
表3 不同牌號SSBR對橡膠加工性能的影響
從表4硫化膠性能可以看出,使用NS616和SE-3231膠料的硬度偏低,其他膠料的硬度相差不大;使用HP755R膠料的定伸應力較大,其他的膠料的定伸應力相當;使用HP755R和SSBR2353膠料的拉伸強度較大,其他的膠料的拉伸強度相當;使用NS616、SE-3231膠料的斷裂伸長率最低,其他的相差不大;使用SE-3231膠料的永久變形(8%)與其他膠料相差較大;使用SSBR2353膠料的回彈性較大;膠料的撕裂強度相當;使用RC2564S和NS616的阿克隆磨耗最小,說明膠料的耐磨性較好,使用SSBR2353和SSBR2300的阿克隆磨耗較大,說明膠料的耐磨性較差。
表4 不同牌號SSBR對橡膠物理性能的影響
將未硫化膠料在RPA中進行形變掃描,效果見下圖1。
由圖1可 以 看出,使 用NS616、SE-3231、SL563R、RC2564S的配方Payne效應相當且較低,即填料的分散效果較好。
圖1 未硫化膠料的頻率掃描
從圖2和表5可以看出,SE-3231的Tg點(玻璃化轉變溫度)最低,達到了-38.3 ℃,其次是SL553RTg=-37.5℃,SSBR2353和SSBR2300的Tg點也較低在-30 ℃以下,以上幾種溶聚丁苯膠適用于低溫胎面配方,其他方案的膠料的Tg點比較高在-10℃~-16℃ ;0℃時的 Tanδ,HP755R 的最高(0.425),SL553R的最低(0.124);以上9種溶聚丁苯膠在60℃時的Tanδ相差基本不大。
表5 DMA溫度掃描關鍵數據
圖2 硫化膠DMA溫度掃描曲線
綜上所述,就胎面膠料的主要性能門尼、硫化、磨耗、抗?jié)窕阅?、滾頂阻力、Payne效應等來講,使用非充油的溶聚丁苯膠(SL563R、SL553R、NS616、SSBR2300)的膠料的門尼較低(SE-3231除外);使用SSBR2353膠料的T90最短,硫化速度較快,使用HP755R膠料的T90最長,硫化速度較慢,其他的膠料的硫化速度相差不是太大。使用RC2564S和NS616的阿克隆磨耗最小,說明膠料的耐磨性較好,使用SSBR2353和SSBR2300的阿克隆磨耗較大,說明膠料的耐磨性較差。使用SL553R、SSBR2300、SE-3231膠料的Tg點較低在-30 ℃以下,可以考慮使用這三種膠料進行低溫輪胎的開發(fā);使用HP755R膠料的抗?jié)窕阅茏詈?。這9種膠料的滾動阻力相差不大。使用 NS616、SE-3231、SL563R、RC2564S的配方膠料的Payne效應相當且較低。
針對9種不同牌號溶聚丁苯膠的系統(tǒng)性的實驗及分析,讓我們對其使用性能及加工性能有了系統(tǒng)直觀的了解,對合成膠為主的胎面配方的開發(fā)有很好的指導作用,后續(xù)的推廣應用可提高輪胎的質量和性能,有利于打破歐盟輪胎標簽法的限制。有利于提高豐源輪胎的產品附加值和市場競爭力,樹立豐源輪胎公司的自主民族品牌。