李振鋒，傅秀成

（青島福諾化工科技有限公司，山東 青島 266071）

2000年以來，我國的輪胎工業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，在產(chǎn)量和質(zhì)量方面都取得了長足的進(jìn)步。目前國內(nèi)輪胎的制造工藝、生產(chǎn)設(shè)備、現(xiàn)場管理和新技術(shù)裝備應(yīng)用等都達(dá)到甚至超越國際同等水平。對于大眾關(guān)心的輪胎產(chǎn)品的力學(xué)性能、使用壽命、舒適性等方面也與國外產(chǎn)品各有千秋，國內(nèi)輪胎企業(yè)在高中低端產(chǎn)品上均有優(yōu)秀產(chǎn)品覆蓋供應(yīng)，在國際市場上具有很強(qiáng)的競爭力。

國內(nèi)輪胎行業(yè)的發(fā)展和水平提升離不開國內(nèi)優(yōu)秀橡膠助劑的配套，其中橡膠塑分劑是一種專用于改善輪胎橡膠加工性能的傳統(tǒng)產(chǎn)品，但是國內(nèi)對綠色環(huán)保塑分劑產(chǎn)品的研究仍處于起步階段[1-3]。

目前市場上的橡膠塑分劑多為經(jīng)過高溫反應(yīng)、造?；蚯衅频玫母咪\含量的脂肪酸鋅鹽類產(chǎn)品。該類產(chǎn)品極易散發(fā)難聞氣味，對操作環(huán)境和制品等造成污染，消費者對此類問題的反饋逐漸增多[4-7]。出于對環(huán)境的重視，國際上對輪胎膠料中鋅含量的深入研究越來越多，輪胎中的重金屬鋅可能會隨著輪胎運轉(zhuǎn)磨耗產(chǎn)生的廢膠粉擴(kuò)散到環(huán)境中，特別是歐盟委員會指令已將氧化鋅劃為N類有害物質(zhì)（對環(huán)境有害物質(zhì)）[8-10]。這一問題越來越引起輪胎和橡膠助劑研究人員的重視，因此輪胎行業(yè)的發(fā)展趨勢是盡可能減少輪胎基體中的鋅含量，此時不含鋅皂的綠色環(huán)保塑分劑就是一種最佳選擇。

綠色環(huán)保塑分劑FNP-60A（簡稱塑分劑FNP-60A）是由特選脂肪酸衍生物、有機(jī)酯類和特種功能填料助劑等組成，不含鋅皂，是天然橡膠的優(yōu)異物理塑分劑，為多用途橡膠加工助劑，兼有內(nèi)、外潤滑及分散功能，并可改善橡膠的加工工藝性能，提高橡膠制品的合格率和產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。在橡膠混煉過程中可促進(jìn)填料和其他助劑的分散，縮短混煉周期，降低混煉能耗、膠料生熱和混合粘度。

本工作研究綠色環(huán)保塑分劑FNP-60A在半鋼輪胎胎面膠配方中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化北京燕山石油化工有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號1723和1739，中國石化齊魯股份有限公司橡膠廠產(chǎn)品；炭黑N339，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；綠色環(huán)保塑分劑FNP-60A，青島福諾化工科技有限公司產(chǎn)品；脂肪酸鋅，青島聯(lián)康油脂制品有限公司產(chǎn)品；橡膠無鋅塑分劑WB212（簡稱塑分劑WB212），德國STRUKTOL公司產(chǎn)品。

1.2 配方

配方1（用量/份）：BR9000 20，SBR1723 55，SBR1739 55，炭黑N339 80，白炭黑 5，環(huán)保芳烴油 5.8，氧化鋅 3，硬脂酸 2，防老劑6PPD 2，防老劑RD 1.5，防護(hù)蠟 1.2，增粘樹脂 0.6，硫黃 2.2，促進(jìn)劑CBS/DPG和防焦劑CTP 2.31。

配方2—4分別添加2份塑分劑FNP-60A、脂肪酸鋅和塑分劑WB212，其余組分及用量同配方1。

1.3 主要設(shè)備和儀器

3 L密煉機(jī)，中國臺灣利拿機(jī)械工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；XK-150型開煉機(jī)，廣東省湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀和MV2000型門尼粘度計，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；5 kN拉力機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；DMA-242E型動態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，德國耐馳儀器制造有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

試驗?zāi)z料采用兩段混煉工藝，一段混煉在3 L密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：生膠（50 s）→炭黑（200 s）→操作油和小料（100 s）→提壓砣（150 s）→排膠；二段混煉在XK-150型開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑（220 s）→排膠（88～96 ℃）。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

塑分劑FNP-A60的理化性能見表1。

表1 塑分劑FNP-A60的理化性能

2.2 門尼粘度

門尼粘度側(cè)面反映了膠料的最終分散效果，膠料門尼粘度高，混煉分散效率低，混煉膠分散效果差?；鞜捘z的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]如表2所示。

表2 混煉膠的門尼粘度

從表2可以看出，塑分劑FNP-60A、脂肪酸鋅、塑分劑WB212對膠料不同階段門尼粘度有明顯影響。配方1的一段混煉膠門尼粘度比配方2—4混煉膠高5～10，說明添加塑分劑對膠料混煉過程中的填料分散有明顯輔助效果。各配方二段混煉膠門尼粘度由小到大依次為配方3、配方2、配方4、配方1?？梢酝茢嗉尤胫舅徜\的膠料分散效果較好，塑分劑FNP-60A分散效果與脂肪酸鋅接近，稍優(yōu)于塑分劑WB212。

2.3 硫化特性

膠料的硫化特性見表3。

表3 膠料的硫化特性

從表3可以看出：膠料的FL從小到大依次為配方3、配方2、配方4、配方1，F(xiàn)L的變化趨勢與門尼粘度一致；配方3膠料的t90，ts2和Fmax均比配方2和配方4膠料稍高，這與脂肪酸鋅對硫化的活性作用有關(guān)，塑分劑FNP-60A和WB212因不含鋅鹽，F(xiàn)L稍低。

2.4 物理性能

硫化膠的物理性能見表4。

表4 硫化膠的物理性能

從表4可以看出，配方2硫化膠的拉斷伸長率相對較高，說明塑分劑FNP-60A對橡膠的軟化增塑效果較好。

2.5 動態(tài)力學(xué)性能

采用DMA儀對硫化膠進(jìn)行溫度掃描，通過DMA曲線可初步判定膠料的抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力，其中0 ℃的損耗因子（tanδ）越大，表示抗?jié)窕阅茉胶茫?0 ℃的tanδ越小，表示滾動阻力越低。硫化膠的tanδ如表5所示。

表5 硫化膠的tanδ

由表5可見，與配方1硫化膠相比，配方2—4硫化膠0 ℃時的tanδ較大，60 ℃時的tanδ相當(dāng)，說明加入塑分劑可提高硫化膠的抗?jié)窕阅?，且對滾動阻力影響不大，不同塑分劑對硫化膠動態(tài)力學(xué)性能的影響差異不明顯。

2.6 耐屈撓性能

耐屈撓性能表示硫化膠片抵抗反復(fù)屈撓作用引起的物理性能下降直至遭到破壞的性能。在橡膠的耐屈撓試驗中，通常用試片經(jīng)受屈撓的次數(shù)、表面裂口出現(xiàn)的時間和等級來表示耐屈撓性能差異。硫化膠的耐屈撓性能測試結(jié)果如圖1所示。

圖1 硫化膠的耐屈撓性能

從圖1可以看出，添加塑分劑FNP-60A的硫化膠耐屈撓性能較好，添加脂肪酸鋅和塑分劑WB212的硫化膠的耐屈撓性能相近。說明塑分劑FNP-60A在膠料中的分散效果最好，軟化增塑效果較好。

3 結(jié)論

（1）塑分劑FNP-60A使用無鋅配方，可以有效減小膠料中鋅的用量，降低鋅離子流失到自然環(huán)境中的風(fēng)險。

（2）使用塑分劑FNP-60A的膠料的門尼粘度明顯降低，與傳統(tǒng)塑分劑脂肪酸鋅效果接近，可以提升膠料混煉過程中的分散效率，節(jié)能降耗。

（3）塑分劑FNP-60A對膠料硫化特性的影響不大，與脂肪酸鋅和塑分劑WB212接近，對膠料的拉斷伸長率有明顯提升效果，有良好的軟化增塑效果，可以適當(dāng)減小操作油用量，改善橡膠制品外觀。

（4）加入塑分劑FNP-60A后，膠料的動態(tài)力學(xué)性能有所提升，0 ℃的tanδ明顯提高，表明膠料具有良好的抗?jié)窕阅芎偷孛孀ブΑ?/p>

（5）加入塑分劑FNP-60A后，膠料的耐屈撓性能提高，表明其具有良好的軟化增塑效果，可以延長產(chǎn)品使用壽命。

（6）塑分劑FNP-60A可以改善橡膠產(chǎn)品的環(huán)保性能，提高膠料的動態(tài)力學(xué)性能和耐屈撓性能，是一種有益于環(huán)境的新型塑分劑產(chǎn)品。