沉淀法白炭黑ZC-120MP在低滚动阻力全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用

冉宇宁，佘腾龙，王 丹，朱碧柱

（贵州轮胎股份有限公司，贵州 贵阳 550008）

按生产工艺分，白炭黑主要有沉淀法白炭黑和气相法白炭黑。沉淀法白炭黑价格低廉，且具有较好的补强性能，与硅烷偶联剂共同作用可降低胶料滞后损失，因此广泛应用于轮胎生产中。但不同沉淀法白炭黑产品因粒径和结构不同，对胶料的补强性能、耐磨性能和滚动阻力等影响不同。随着对轮胎滚动阻力降低以及湿抓着性能改善要求的持续提高，各种白炭黑产品的应用研究进一步深入。

沉淀法白炭黑ZC-120MP是一种具有高分散性、高纯度、较大粒径和高结构的白炭黑新产品。本工作主要研究沉淀法白炭黑ZC-120MP在全钢载重子午线轮胎胎面上层胶和胎面基部胶中的应用，考察其对轮胎滚动阻力和耐久性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国普吉宏曼丽（橡胶）有限公司产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化北京燕山石油化工有限公司产品；炭黑N234，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；沉淀法白炭黑ZC-120MP，福建正盛无机材料股份有限公司产品；常用白炭黑（无定形沉淀法白炭黑），国产产品。

1.2 主要设备与仪器

152.4 mm（6英寸）开炼机和平板硫化机，青岛巨融机械技术有限公司产品；3 L密炼机和F-270型密炼机，英国法雷尔公司产品；PX-420型密炼机，意大利POMINI公司产品；MV2000型门尼粘度仪和MDR2000型无转子硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；T2000E型电子拉力机和Y3000E型压缩生热试验机，北京友深电子仪器有限公司产品；EPH-50型橡胶回弹仪，英国SATRA公司产品；GT-7012-D型DIN磨耗试验机，高铁检测仪器有限公司产品；DMA2980型动态力学分析仪，美国杜邦公司产品；TJR-RR-TB（Y）型载重轮胎滚动阻力试验机，天津久荣车轮技术有限公司产品。

1.3 配方

（1）全钢载重子午线轮胎胎面上层胶配方

试验配方：NR，60；BR，40；炭黑N234，45；白炭黑ZC-120MP，15；氧化锌，3.5；硬脂酸，2；促进剂CBS，1.3；硫黄，1.3；其他，9.8；合计，177.9。

生产配方：除白炭黑为常用白炭黑之外，其余同试验配方。

（2）全钢载重子午线轮胎胎面基部胶配方

试验配方：NR，100；炭黑N234，15；白炭黑ZC-120MP，45；芳烃油，10；氧化锌，3.5；硬脂酸，2；偶联剂Si69，10；促进剂TBBS，1.3；促进剂DPG，1；硫黄，1.8；其它，12.75；合计，202.35。

生产配方：除白炭黑为常用白炭黑之外，其余同试验配方。

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3 L密炼机中进行，转子转速为80 r·min-1，混炼工艺为：生胶和小料→压压砣→提压砣→炭黑和白炭黑→压压砣→提压砣（温度110 ℃）→芳烃油→排胶（温度145 ℃）；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6次→打1个卷后下片。

大配合试验胶料混炼分4段进行。一、二、三段在PX-420型密炼机中进行，转子转速由40 r·min-1降至25 r·min-1，每段之间停放8～12 h。一段混炼工艺为：生胶→炭黑、白炭黑→氧化锌、偶（温度110 ℃）→芳烃油→排胶（温度150 ℃）；二段加料顺序为：一段混炼胶→剩余小料→排胶（温度140 ℃）；三段混炼不加任何配料，135 ℃排胶；四段混炼在F270型密炼机中进行，转子转速20 r·min-1，混炼工艺为：三段混炼胶→硫黄、促进剂→排胶（温度105 ℃）。

1.5 性能测试

动态力学性能测试条件为应变0.25%，频率10 Hz，温度30～100 ℃，升温速度2 ℃·min-1。胶料其他性能测试均按照相应国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

白炭黑ZC-120MP的理化性能见表1。从表1可以看出，与常用白炭黑相比，白炭黑ZC-120MP 的DBP吸收值较高，比表面积很小，即白炭黑ZC-120MP具有较大的粒径与很高的结构。

表1 白炭黑ZC-120MP的理化性能

2.2 小配合试验

2.2.1 未硫化胶性能

（1）加工特性

小配合试验胶料的加工特性见表2。从表2可以看出：无论是胎面上层胶还是胎面基部胶，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的门尼粘度和ML较小，门尼松弛直线斜率绝对值较大，表明白炭黑ZC-120MP胶料的加工性能优于常用白炭黑胶料；门尼焦烧时间较短，说明白炭黑ZC-120MP胶料的加工安全性能稍差。

表2 小配合试验胶料的加工特性

（2） 硫化特性

小配合试验胶料的硫化特性见表3。从表3可以看出，无论是胎面上层胶还是胎面基部胶，与生产配方相比，试验配方胶料的t10，t50和t90及门尼焦烧时间△t30均稍短，表明白炭黑ZC-120MP胶料的硫化速度比常用白炭黑胶料快。

表3 小配合试验胶料的硫化特性

2.2.2 硫化胶性能

小配合试验的硫化胶性能见表4。从表4可以看出：与生产配方胶料相比，试验配方胶料的弹性较好，压缩生热较低，tanδ较小，表明白炭黑ZC-120MP胶料的滚动阻力低于常用白炭黑胶料；试验配方胶料的磨耗量和切削减量较大，撕裂强度、G′和G″较小，其余性能与生产配方胶料相当。综合得出，白炭黑ZC-120MP用于胎面基部胶，既能降低轮胎滚动阻力，又不会影响轮胎的耐磨性能。

表4 小配合试验硫化胶性能

2.3 大配合试验

从综合性能考虑，选择胎面基部胶配方进行大配合试验，结果见表5。从表5可以看出，胎面基部胶的大配合与小配合试验结果基本一致。

表5 胎面基部胶大配合试验结果

2.4 成品轮胎性能

以大配合试验胎面基部胶试制轮胎，成品轮胎性能见表6。从表6可以看出，与生产轮胎相比，试验轮胎的滚动阻力因数减小，耐久性能提高。

表6 成品轮胎性能

3 结论

在全钢载重子午线轮胎胎面基部胶中，用白炭黑ZC-120MP替代常用白炭黑，胶料的加工性能较好、硫化速度加快，可以进一步提高硫化效率；胶料的生热低、弹性好，耐磨性能不受影响；成品轮胎的滚动阻力降低，耐久性能提高。