硫酸钡在全钢子午线轮胎下三角胶中的应用

2023-02-08黄仙红苏忠铁陈家辉胡善军吕志文胡金龙韩启龙

轮胎工业 2023年1期

黄仙红，苏忠铁，陈家辉，胡善军，吕志文，胡金龙，韩启龙

（中策橡胶集团股份有限公司，浙江杭州 310018）

随着国内全钢子午线轮胎的发展趋于缓和，客户选择轮胎越来越注重高性价比，降低轮胎成本成为各轮胎企业的立足理念之一。

无机填料作为低成本填充材料在轮胎行业的应用越来越广泛，如白炭黑降低滚动阻力，提高抗湿滑性能；层状结构的无机填料气体阻隔性优异，可用于轮胎气密层中[1]。目前应用较多的无机填料以炭黑和白炭黑[2-6]为主，其余有碳酸钙[7]、高岭土[8]、陶土[9]以及近年来出现的新型无机填料如次石墨粉[10]、硅格粉[11]等。无机填料应用于橡胶中具有降低生热、改善加工性能等作用[12]。硫酸钡来源于自然界的矿物质重晶石，因其具有吸收X射线和伽马射线的性能，医学上常用于放射学检查造影剂[13]；作为无机填料硫酸钡在橡胶工业中也具有应用前景，研究表明硫酸钡应用于气密层胶可提高其耐屈挠龟裂性能[14]。

本工作研究硫酸钡在全钢子午线轮胎下三角胶中的应用，以期利用硫酸钡的性价比优势，降低下三角胶的成本，提高产品竞争力。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；硫酸钡，杭州富阳白玉化工有限公司产品；丁苯橡胶（SBR），牌号1500以及炭黑，市售品。

1.2 配方

生产配方（用量/份）：NR 70，SBR 30，炭黑110，氧化锌 3，硬脂酸 2，防老剂4020和RD 2，硫黄 3.5，促进剂CBS 2，其他 18.8。

试验配方（用量/份）：NR 70，SBR 30，炭黑105，硫酸钡 30，氧化锌 3，硬脂酸 2，防老剂4020和RD 2，硫黄 3.5，促进剂CBS 2.3，其他 18.8。

1.3 主要设备和仪器

XK-160型开炼机，无锡第一橡塑机械有限公司产品；2.5 L小型密炼机，佰弘机械（上海）有限公司产品；F370型和F270型密炼机，桂林橡胶机械有限公司产品；MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；XLB-D型平板硫化机，湖州宏侨橡胶机械有限公司产品；GT-TCS-2000-G型电子拉力试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；动态热机械分析（DMA）仪，德国耐驰仪器公司产品。

1.4 试样制备

小配合试验采用两段混炼工艺，一段混炼在2.5 L小型密炼机中进行，转子转速为80 r·min-1。混炼工艺如下：生胶（30 s）→炭黑、硫酸钡和小料→压压砣（50 s）→提压砣清扫→芳烃油、增粘树脂→压压砣至150 ℃→排胶，在开炼机上下片。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CBS→左右割刀各3次→薄通、打三角包6次→出片。

大配合试验采用3段混炼工艺，一段和二段混炼均在F370型密炼机中进行，三段混炼在F270型密炼机中进行。3段混炼转子转速分别为50，45，30 r·min-1。

一段混炼工艺如下：加生胶及2/3炭黑→压压砣（30～35 s）→提压砣（125 ℃）→加软化剂芳烃油→压压砣（30～35 s）→提压砣→压压砣至155℃→排胶。

二段混炼工艺如下：加一段混炼胶、1/3炭黑和硫酸钡→压压砣（30～35 s）→提压砣（125 ℃）→加软化剂和树脂等→压压砣至155 ℃→排胶。

三段混炼工艺如下：加二段混炼胶、硫黄和促进剂→压压砣（30 s）→提压砣→压压砣（35 s）→提压砣→压压砣至105 ℃→排胶。

胶料在平板硫化机上硫化，硫化条件为151 ℃×30 min。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

硫酸钡的理化分析结果见表1。

表1 硫酸钡的理化性能

从表1可以看出，硫酸钡的各项理化性能均达到指标要求。

2.2 小配合试验

小配合试验结果见表2。

从表2可以看出：与生产配方胶料相比，试验配方胶料的FL减小，Fmax增大，可能原因为促进剂用量的增大，导致胶料的交联密度增大，表明硫酸钡的加入对胶料的加工性能无负面影响；试验配方胶料的t10和t90相差不大，硫化返原略快；与生产配方硫化胶相比，试验配方硫化胶的密度明显增大、邵尔A型硬度略增大、定伸应力相当、拉伸强度略减小。表明硫酸钡对胶料无明显补强作用，其主要发挥填充作用，导致含胶率下降，补强作用减弱。