环烷油在半钢子午线轮胎胎侧胶中的应用
2016-07-30张继伟李小光刘义旗宋晓丽
张继伟，李小光，刘义旗，宋晓丽
（风神轮胎股份有限公司，河南 焦作 454003）
随着欧盟对轮胎环保要求日益严苛，轮胎企业纷纷采用环保型软化剂替代多环芳烃。目前常见的环保型软化剂多为环保芳烃油（TDAE）和环烷油。由于环烷烃极性比链烷烃极性大，环烷油对强极性的天然橡胶（NR）和丁苯橡胶具有较好的相容性；同时，环烷油具有饱和的环状碳链结构，且环状碳链上通常连接饱和支链，这使得环烷油既具有芳烃油的性质，又不含毒性物质[1]，因此应用较广。目前我国市场上的环烷油多为进口产品，本工作研究两种进口环烷油在半钢子午线轮胎胎侧胶中的应用。
1 实验
1.1 主要原材料
NR，SMR20，马来西亚产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化燕山石化公司产品；炭黑N330，龙星化工股份有限公司产品；重质环烷油，牌号V700，进口产品；环烷油，牌号810，进口产品。
1.2 配方
配方见表1。
表1 配方 份
1.3 主要设备与仪器
BR1600型1.57 L密炼机，美国法雷尔公司产品；GK400和GK255N型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；Φ160 mm×320 mm开炼机，广东湛江机械厂产品；MDR2000型无转子硫化仪和MV2000型门尼粘度仪，美国阿尔法科技有限公司产品；140 t平板硫化机，上海橡胶机械一厂产品；万能材料试验机，美国英斯特朗公司产品；动态力学性能分析（DMA）仪，德国GABO公司产品。
1.4 试样制备
1.4.1 小配合试验
小配合试验胶料分两段混炼。一段混炼在1.57 L密炼机中进行，转子转速为80 r·min-1，混炼工艺为：生胶→压压砣小料→炭黑→压压砣环烷油→压压砣清扫→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→下片→停放8 h。
1.4.2 大配合试验
大配合试验胶料分3段混炼。一段混炼在GK400型密炼机中进行，转子转速为50 r·min-1，混炼工艺为：生胶→小料→炭黑→压压砣环烷油→压压砣压压砣排胶→停放8 h。二段混炼在GK400型密炼机中进行，初始转子转速为50 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→压压 砣转子转速调为55 r·min-1→硫黄和促进 剂→压压砣转子转速调为40 r·min-1→排胶，停放8 h。三段混炼在GK255N型密炼机中进行，转子转速为25 r·min-1，混炼工艺为：二段混炼胶→压压砣压压砣压压砣排胶→停放8 h。
1.5 性能测试
胶料动态力学性能采用DMA仪测试，温度为-60～+80 ℃，升温速率为3 ℃·min-1，频率为11 Hz，应变为0.2%。
胶料环保性能按照ISO 21461：2012《橡胶—硫化橡胶复合物中油芳香性的测定》进行测试，用核磁共振仪（NMR）测定多环芳烃的湾区氢。
胶料其他性能均按照相应国家标准进行测试。
2 结果与讨论
2.1 理化分析
两种环烷油的理化性能见表2。表中，PCA为稠环芳烃，PAHs为多环芳烃，CA为芳碳率，CN为环烷碳率，CP为链烷碳率。从表2可以看出：重质环烷油V700的运动粘度远大于环烷油810，倾点远高于环烷油810，这与其原油的重质环烷基组分较多有关，因此重质环烷油V700的输送管道需配备加热装置加热到70 ℃；两种环烷油的PCA质量分数均小于0.03，8种PAHs含量小于10 mg·kg-1，满足环保要求。
从表2还可以看出，与环烷油810相比，重质环烷油V700苯胺点较高，CA较大，说明其芳烃含量较大，与极性橡胶相容性较好[1]。
表2 两种环烷油的理化性能
2.2 小配合试验
2.2.1 胶料性能
小配合试验胶料性能见表3。从表3可以看出，与添加环烷油810的2#配方胶料相比，添加重质环烷油V700的1#配方胶料300%定伸应力较小，拉断伸长率略大，其他物理性能以及门尼粘度、硫化特性、耐疲劳性能、耐热老化性能基本相当。
表3 小配合试验胶料性能
2.2.2 动态力学性能
两种环烷油胶料温度与损耗因子（tanδ）的关系见图1和表4。从图1和表4可以看出：两种环烷油胶料的tanδ差异非常小；与添加环烷油810的2#配方胶料相比，添加重质环烷油V700的1#配方胶料的-20～+70 ℃时的tanδ略小，这可能是由于重质环烷油V700的大分子物质较多，有利于减少小分子物质在橡胶内部滑移带来的滞后损失，对降低胶料滚动阻力更有利。
图1 两种环烷油胶料的tanδ-温度曲线
表4 两种环烷油胶料在不同温度下的tanδ
2.3 大配合试验
大配合试验结果见表5。从表5可以看出：两种环烷油胶料的物理性能和耐疲劳性能基本相当；与添加环烷油810的2#配方胶料相比，添加重质环烷油V700的1#配方胶料耐热老化性能略低。
表5 大配合试验结果
2.4 成品性能
2.4.1 高速性能和耐久性能
用重质环烷油V700胎侧胶试制195/65R15H AH01和215/65R16H AH01半钢子午线轮胎，并按GB/T 4502—2009《轿车轮胎性能室内试验方法》测试成品轮胎的高速性能和耐久性能，结果见表6。从表6可以看出，两种成品轮胎的高速性能和耐久性能均符合国家标准要求，说明重质环烷油V700可以满足半钢子午线轮胎的需求。
表6 成品轮胎高速性能和耐久性能
2.4.2 环保性能
按照ISO 21461：2012测试的195/65 R15H AH01半钢子午线轮胎胎侧胶的湾区氢质量分数为0.08%，小于0.35%的限值，符合REACH法规附件XVII第50条的要求。
3 结论
（1）重质环烷油V700的芳烃含量大，与极性橡胶相容性好；其运动粘度也较大，管道输送温度需在70 ℃以上。
（2）重质环烷油V700胶料与环烷油810胶料的门尼粘度、硫化特性、物理性能和耐疲劳性能相当，-20～+70 ℃时的tanδ略小。
（3）采用重质环烷油V700胎侧胶试制的半钢子午线轮胎高速性能和耐久性能符合国家标准要求，且满足环保要求。
（4）重质环烷油V700价格低于环烷油810，性价比较高。
