白炭黑在阻燃轮胎胎面胶中的应用
2021-07-20佘腾龙
佘腾龙
(贵州轮胎股份有限公司,贵州 贵阳 550008)
在焦炭厂、金属冶炼厂等高温作业场地,工程机械车辆需要装配耐高温性能和阻燃性能优异的轮胎。
目前市场上的橡胶阻燃剂众多,按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂通过机械混合方法加入到聚合物中,使聚合物具有阻燃性能,主要按照有机阻燃剂和无机阻燃剂,或者卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)和非卤阻燃剂分类[1-3]。有机阻燃剂是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及其化合物为代表的阻燃剂,无机阻燃剂主要包括三氧化二锑、氢氧化镁[4-5]、氢氧化铝、硅系等阻燃体系。反应型阻燃剂则作为一种单体参与聚合反应,从而使聚合物本身含有阻燃成分,其优点是对聚合物材料使用性能影响较小,阻燃性能持久。
在众多阻燃剂中,唯有白炭黑是橡胶传统的填充剂,不会对橡胶性能带来负面影响[6-7],因此,本研究将白炭黑应用到阻燃轮胎胎面胶中,以期得到阻燃性能优异的轮胎。
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;高分散性白炭黑,牌号VN3,德国赢创德固赛公司产品;炭黑N234,江西黑猫炭黑股份有限公司产品。
1.2 配方
白炭黑阻燃轮胎胎面胶配方如表1所示。
表1 白炭黑阻燃轮胎胎面胶配方 份
1.3 主要设备和仪器
3 L密炼机和F270型密炼机,美国法雷尔公司产品;LJ-150型开炼机,青岛巨融机械技术有限公司产品;PX-420型密炼机,意大利Pomini公司产品;LP3000型平板硫化机,德国MonTech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,北京友深电子仪器有限公司产品;JF-3型氧指数检测仪,北京中航鼎力仪器设备有限公司产品。
1.4 混炼工艺
1.4.1 小配合试验
小配合试验胶料在3 L密炼机上采用一段法进行混炼,转子转速为80 r·min-1,混炼工艺为加入橡胶及除硫黄、促进剂和防焦剂外所有小料→压压砣30 s→加入全部炭黑和白炭黑→压压砣→110℃提压砣→155 ℃排胶;在开炼机上加硫黄和促进剂,薄通6次,打1个卷后下片。
1.4.2 大配合试验
大配合试验胶料采用四段混炼工艺混炼,一至三段混炼在PX-420型密炼机中进行,每段混炼之间胶料停放8~12 h。一段混炼转子转速为40 r·min-1,混炼工艺为加入生胶→全部炭黑和白炭黑→氧化锌等小料→110 ℃提压砣→155 ℃排胶;二段混炼转子转速为40 r·min-1,混炼工艺为加入一段混炼胶→剩余小料→150 ℃排胶;三段混炼转子转速为25 r·min-1,混炼工艺为加入二段混炼胶→145 ℃排胶。四段混炼在F270型密炼机中进行,转子转速为20 r·min-1,混炼工艺为加入三段混炼胶、硫黄、促进剂等→105 ℃排胶。
1.5 性能测试
各项性能均按照相应的国家标准进行测试。
2 结果与分析
2.1 小配合试验
小配合试验胶料的各项性能如表2所示。
表2 小配合试验胶料的各项性能
从表2可以看出:2#和3#配方胶料的门尼粘度比1#配方胶料增大,2#配方胶料增大较小,3个配方胶料的应力松弛斜率的绝对值相近;3个配方胶料的t5相当,说明3个配方胶料的加工性能和焦烧安全性变化不大。3#配方胶料的Δt30和t10,t50,t90均最长,表明其操作安全性最好。
从表2还可以看出:3个配方胶料的定伸应力和拉伸强度均比较接近;3#配方胶料的氧指数最大,阻燃性能最好。
2.2 大配合试验
大配合试验胶料的各项性能如表3所示。
表3 大配合试验胶料的各项性能
从表3可以看出:3个配方胶料大配合试验结果与小配合试验结果一致性很好;3#配方胶料的阻燃性能最好。
2.3 成品轮胎道路试验
采用阻燃性能最好的3#配方制备成品轮胎进行道路试验,路试地点为某钢铁冶炼厂,轮胎规格为23.5R25装载机轮胎,作业环境如图1所示。经过2个月对比试验,结果如图2所示。
图1 试验轮胎路试作业环境
从图2可以看出,道路试验结束后,1#配方(原始配方)成品轮胎胎面已经燃烧得可见带束层钢丝;3#配方成品轮胎胎面胶完好,阻燃效果非常明显。
图2 成品轮胎阻燃效果
3 结论
将白炭黑作为添加型无机阻燃剂应用于阻燃轮胎胎面胶中,胎面胶的阻燃性能明显提高,其余性能无明显下降。将该胎面胶配方轮胎用于焦炭厂、金属冶炼厂等工况环境可以有效阻止轮胎燃烧,在延长轮胎使用寿命的同时,还能避免车辆火险的发生。