橡胶增强剂Create-E1在工程机械轮胎胶料中的应用

陈 延

（中国化工橡胶桂林有限公司技术中心，广西 桂林 541004）

在橡胶制品原料中生胶和炭黑的用量最大。随着石油危机的出现，依托于石油资源的炭黑等原料产量受到很大制约，人们越来越重视能替代炭黑的无机材料的研究和应用。橡胶增强剂Creat-E1（简称增强剂Creat-E1）是一种与白炭黑组成相似的新型橡胶补强剂，它是以富硅含量的天然矿石为原料，通过超细研磨和科学改性制成的无机粉体填料，具有独特的鳞片状结构，粒径约10 µm，二氧化硅含量约80%。增强剂Creat-E1在橡胶中具有良好的分散性和补强性能，胶料加工性能良好，其已在摩托车轮胎、自行车轮胎等橡胶制品胶料中广泛应用。推广应用这种高二氧化硅含量的新型无机粉体材料对节能降耗和保护环境具有积极意义。本工作对增强剂Creat-E1替代部分炭黑在工程机械轮胎气密层胶、胎侧胶和内层帘布胶中的应用进行了研究。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SCR20，云南高深橡胶有限公司产品；丁苯橡胶（SBR），牌号1502E，中国石油兰州石化公司产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化北京燕山石化公司产品；氯化丁基橡胶（CIIR），牌号1066，埃克森美孚化工有限公司产品；丁基再生胶，牌号RR02，南通回力橡胶有限公司产品；增强剂Creat-E1，宁波卡利特新材料有限公司产品；易分散白炭黑，牌号JINSIL 700，山东金能科技股份有限公司产品。

1.2 配方

工程机械轮胎气密层胶、胎侧胶和内层帘布胶配方分别见表1～3。

表1 气密层胶配方 份

1.3 主要设备与仪器

Φ160×320型开炼机，广东省湛江机械厂产品；BB-2型和BB370型密炼机，日本神户制钢公司产品；GK-270型密炼机，上海昊华橡胶机械厂产品；EKT-2001MC型门尼粘度仪，晔中科技有限公司产品；100S型硫化仪，美国孟山都公司产品；XLB2Q型平板硫化机，浙江湖州宏图机械有限公司产品；微机控制拉力试验机，广西师范大学秀峰电器厂产品；PL-140型橡胶疲劳试验机，上海非金属试验机厂产品。

表2 内层帘布胶配方 份

表3 胎侧胶配方 份

1.4 试样制备

小配合试验胶料混炼分2段进行。一段混炼在BB-2型密炼机中进行，混炼工艺为：生胶→小料炭黑、增强剂Creat-E1和油清扫排胶。二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→薄通4次→下片。

大配合试验胶料混炼分2段进行。一段混炼在BB370型密炼机中进行，转子转速55 r·min-1，混炼工艺为：生胶→小料和增强剂Creat-E1压压砣提压砣→炭黑→压压砣提压砣→胶（20 s）。二段混炼在GK-270型密炼机中进行，混炼工艺为：转子转速30 r·min-1，一段混炼胶→硫黄和促进剂→压压砣转子转速20 r·min-1，提压砣压压砣提压砣压压砣排胶（20 s）。

1.5 性能测试

胶料性能均按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

增强剂Creat-E1的理化指标见表4。经国家有色金属桂林矿产地质测试中心检测，增强剂Creat-E1的二氧化硅含量（74.68%）和其它理化性能符合企业标准要求。

表4 增强剂Creat-E1理化指标

2.2 小配合试验

2.2.1 气密层胶

气密层胶的性能见表5。在气密层胶中，用30份增强剂Creat-E1替代10份炭黑N330的A2配方胶料含胶率由44.20%降至40.62%，用90份Creat-E1替代30份炭黑N660的A3配方胶料的含胶率由44.20%降至34.94%。从表5可以看出，与A1配方胶料相比，A2和A3配方胶料的ts2缩短，门尼粘度和拉断永久变形增大，撕裂强度减小，其余性能变化不大。

表5 小配合试验气密层胶性能

根据生产经验，气密层胶的门尼粘度较小时，成品轮胎易出现胎里露线的问题。使用90份增强剂Creat-E1的胶料门尼粘度增大，有利于避免胎里露线问题，虽然焦烧时间有所缩短，但仍在工艺安全范围内。

2.2.2 内层帘布胶

内层帘布胶性能见表6。从表6可以看出：与B1配方胶料相比，用10份增强剂Creat-E1替代白炭黑的B2配方胶料的300%定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度、耐疲劳性能及与帘布的粘合性能均下降；用12份增强剂Creat-E1替代10份炭黑N660的B3配方胶料的效果较好，硫化特性相近，胶料与帘布粘合强度提高，300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度稍有下降，其余性能相近；用25份增强剂Creat-E1替代白炭黑和10份炭黑N660的B4配方胶料的门尼粘度减小，硫化特性相近，弹性较好，压缩生热较低，其余性能比B1配方胶料有所降低。

表6 小配合试验内层帘布胶性能

2.2.3 胎侧胶

胎侧胶性能见表7。从表7可以看出，C2配方与C3配方胶料性能均优于C1和C4配方胶料，C2配方胶料老化后强伸性能优于C3配方胶料，但C3配方胶料老化后的耐疲劳性能优于C2配方胶料，疲劳次数为C1配方胶料的3倍左右。轮胎的使用过程是一个逐步老化的过程，老化后的性能显得更为重要。从成本上考虑，C2配方中增强剂Creat-E1用量为30份，而C3配方中增强剂Creat-E1用量为40份，显然C3配方胶料更具成本优势。综合胶料性能与生产成本，C3配方更具优势。

表7 小配合试验胎侧胶性能

2.3 大配合试验

根据小配合试验结果，选择胎侧胶配方进行大配合试验，NR/SBR/BR并用比调整为36.5/36.5/27，增强剂Creat-E1用量为32份，主要目的是提高胶料工艺性能，保证胶料拉伸强度，保证胶料撕裂强度在要求范围内。

大配合试验胶料性能见表8。从表8可以看出：与生产配方胶料相比，试验配方胶料的硬度、300%定伸应力和拉伸强度稍大，H抽出力和疲劳次数较大。

表8 大配合试验胶料性能

2.4 加工性能

大配合试验胶料炼胶工艺性能良好，胶料结团性好，无粘辊现象，胶片光滑。胎侧胶挤出过程无异常，半成品表面良好。成型过程中与帘布筒胎坯粘合良好，轮胎成品无缺胶，胎侧光滑。

2.5 耐天候老化试验

为进一步考察增强剂Creat-E1对胶料耐老化性能的影响，取大配合试验配方胶料与生产配方胶料的硫化试片同时放置于室外，经过约半年时间的观察，试样均未出现异常。

2.6 成本分析

根据我公司的采购成本计算，原配方胎侧胶每千克成本为9.440元，使用增强剂Creat-E1后胎侧胶每千克成本为9.205元，即胎侧胶每千克成本减小0.23元。

3 结语

新型环保无机增强剂Creat-E1在工程机械轮胎胶料中虽然不能完全替代炭黑和白炭黑，但是根据轮胎各部件的性能要求，可以部分替代部分炭黑或/和白炭黑，以在提高胶料性能的基础上有效地降低生产成本。