轮胎再生胶的无油化改性技术与应用

徐世传

[中策橡胶（建德）有限公司，浙江 建德 311607]

为适应橡胶轮胎工业绿色化发展，轮胎再生利用要求突破现有技术水平，如生产过程无三废排放及产品具有特殊功能性（如低滞后、高强力、无气味、高抗硫化返原性、能替代部分炭黑等）[1]。但是由于新技术开发与应用研究脱节，再生胶行业始终在高污染、高投入、低产出、低利润的泥潭里挣扎，特别是近年来国家对环保要求提高，更增加了再生胶企业的生存难度。在这样的技术背景下，为满足橡胶制品高性能、低成本、高性价比的要求，本课题组联合部分再生胶生产企业进行无油再生胶的研制，并对试制的功能化无油轮胎再生胶进行应用性能的对比研究，期望借此给广大的材料应用工程师提供借鉴，同时也冀望橡胶和助剂生产企业更关注橡胶应用领域的技术发展和性能提升要求，开展多层次的“生产、研发、应用”三结合的科技合作，为加速我国橡胶工业科技现代化建设做出应有的贡献。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SCR5标准胶；炭黑N115，上海卡博特炭黑有限公司产品；炭黑N234，浙江省富春江化工有限公司产品；白炭黑，无锡确成硅化学股份有限公司产品；无油轮胎再生胶，河南艾卡橡胶材料有限公司产品；轮胎无味改性再生胶，浙江力源新型材料有限公司产品；防老剂6PPD和RD，南京化工有限公司产品。

1.2 主要试验设备和仪器

F370型密炼机，大连橡胶塑料机械股份有限公司产品；XK-160型开炼机和50T平板硫化机，湖州橡胶机械厂产品；MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；WGJ-2500BⅡ型电子拉力机，桂林奥峰电器制造有限公司产品；GT-7017型老化箱，高铁检测仪器有限公司产品；T5525A型定负荷压缩生热试验机，北京橡研院机电技术开发有限公司产品。

1.3 胶料混炼

试验胶料在开炼机上混炼，成品轮胎生产胶料在密炼机中混炼。

开炼机混炼工艺为：生胶薄通→达到一定粘度后加入小料、炭黑→左右割刀3次，薄通并打5次三角包→加硫黄和促进剂→左右割刀3次，薄通3次并打3次三角包→左右割刀3次，下片（胶片厚度为2.5 mm）。

密炼机混炼工艺为：投生胶、小料、炭黑→压压砣→提压砣，加软化剂→压压砣→达到规定的时间和温度后排胶。

1.4 性能测试

胶料物理性能测试均按相应的国家标准规定进行。

2 结果与讨论

2.1 轮胎再生胶的无油化改性原理和步骤

轮胎再生胶的生产过程为：将轮胎破碎→除去钢丝帘线等杂质→硫化胶粉→脱硫→粉状再生胶→薄通出片→再生胶。

从再生胶的生产工艺不难发现，初始经机械粉碎的硫化胶粉是表面带有棱角及破裂纹的不规则球状体，如图1所示。

图1 硫化胶粉示意

目前，国内再生胶生产工艺基本是在一定比例水/油/脱硫剂、脱硫罐保持较高温度和压力下连续滚动脱硫的工艺，由此可见，在目前硫化胶粉脱硫过程中，在脱硫剂、机械剪切力、高温降解、水、油等多因素的作用下，胶粉成为一个集合体：脱硫胶粉、裂解油、原料中的软化剂等组成的复杂胶粒子，如图2所示，中间是脱硫胶粉，外层包覆一层油类物质。

⑧设计供图和征地拆迁是制约工程进展的主要因素，要加大力度，紧紧跟上，才能满足施工要求，推进工程的顺利进行。

图2 脱硫胶粉示意

脱硫胶粉外部的油状物因为没有任何橡胶特性，加之又渗入到胶粉的裂纹中，无法在后续的加工过程中脱除，这是再生胶强度低且不稳定，耐磨性能低劣及与NR等通用橡胶相容性差、动态性能不理想的根本原因。

要使再生胶达到与NR接近的性能，或使其与NR完全相容，就要在再生胶的生产过程中，通过化学和工艺手段，将脱硫后的再生胶粒子裂缝内及粒子外的非橡胶油状物转化为橡胶类物质，提高其与NR的相容性，减少胶粉裂缝造成的原始缺陷，同时，消除外层油类物质的隔离作用，从而提高耐磨性能、补强性能及动态力学性能。

在再生胶脱硫过程中，将改性剂加入到再生胶脱硫罐中，使其与包覆脱硫胶粉的油类物质反应并置换，使脱硫胶粉内、外部的油类物成为一种橡胶与油类的过渡类物质[如图3（a）所示]，再在一定的压力和温度条件下，利用适宜的自催化反应，使其转化为类橡胶物质[如图3（b）所示]，以提高再生胶与NR的相容性，进而改善再生胶的耐磨性能和强度稳定性，提高动态力学性能，降低生热。

图3 改性脱硫胶粉和无油再生胶粉示意

鉴于目前水油脱硫工艺对再生胶最终性能产生的不利影响，该无油或改性再生工艺应是今后再生胶生产工艺的发展方向。

2.2 无油改性再生胶在轮胎中的应用

将无油改性再生胶用于全钢载重子午线轮胎，探讨其对胶料性能的影响。

（1）轮胎过渡层胶生产配方为NR 100，炭黑/白炭黑 65，氧化锌 10，硬脂酸 0.5，钴盐0.7，防老剂 3，硫黄和促进剂 8，其他 15。

从表1可以看到，在轮胎过渡层胶中使用100份无油改性再生胶后，胶料密度下降较大，这对降低胶料体积成本比较有利。最重要的是，试验胶料与钢丝帘线的粘合强度不仅没有下降，还有不同程度的提高，这与无油再生胶改性材料的分子结构及无油再生工艺技术有关，也是本研究的核心内容。

表1 无油改性再生胶对轮胎过渡层胶性能的影响

另外，在轮胎过渡层胶中增用100份无油改性再生胶后，试验配方胶料的强度性能与生产配方胶料相近，但拉断伸长率增大，硬度和定伸应力略有下降，可以通过优化硫化体系，使试验配方胶料的物理性能与生产配方胶料一致。

（2）胎面胶生产配方1为NR 100，炭黑N234/白炭黑 50，氧化锌 4，硬脂酸 2，防老剂 3，硫黄和促进剂 2.9，其他 6。以30份无油改性再生胶替代15份炭黑N234（试验配方1）对轮胎胎面胶性能的影响如表2所示。

从表2可以看到：试验配方胶料的密度减小3.5%，这对降低胶料的体积成本有利；压缩温升下降6 ℃，这对降低轮胎滚动阻力、提高耐久性能十分有利；耐磨性能略有下降，但由于压缩生热降低，轮胎在使用过程中的温升会比较低，因此，实际耐磨性能可能不会下降。尽管使用部分改性再生胶后，试验配方胶料的硬度和定伸应力下降，拉断伸长率提高，但通过优化硫化体系可使胶料硬度和定伸应力与生产配方胶料一致。

表2 无油改性再生胶替代部分炭黑对轮胎胎面胶性能的影响

（3）胎面胶生产配方2为NR 100，炭黑115/白炭黑 53，氧化锌 4，硬脂酸 2，防老剂 3，硫黄和促进剂 2.9，其他 7。使用20份无油改性再生胶及炭黑N234替代炭黑N115（试验配方2）胶料的性能变化如表3所示。

表3 使用无油改性再生胶及炭黑N234替代炭黑N115对轮胎胎面胶性能的影响

试验配方2是一个低成本的轮胎胎面胶配方，也是试验配方1的重现性验证方案。

从表3可以看到，使用部分无油改性再生胶后，试验配方2胶料的物理性能与生产配方2胶料基本一致，但压缩温升下降4～5 ℃。

经轮胎耐久性室内测试，胎面胶试验配方2轮胎的耐久性试验累计时间比生产配方2轮胎延长10 h以上。采用试验配方2的11.00R20轮胎经7个月的实际里程试验，实际耐磨性能及其他性能与生产配方2轮胎相同。

该配方的另外一个试验目的是验证无油改性再生胶气味的改善程度。

从实际的气味结果看，改性能大大降低再生胶的臭味，无油改性再生胶的气味小于目前市场上的无味再生胶。

3 结论

（1）无油改性轮胎再生胶改善了与NR等通用橡胶的相容性，从而提高了胶料的物理性能，特别是动态力学性能，使压缩生热下降。

（2）无油改性再生胶的特殊材料性能和工艺性能不仅可使其用于轮胎胎面胶，还可用于过渡层，在降低成本的同时，还能对提高胶料与钢丝帘线的粘合性能有一定的帮助。

（3）无油改性再生胶的气味小于目前市场上供应的无味再生胶。