防老剂STMQ pro在全钢子午线轮胎配方中的应用
2023-09-14邵长仲
邵长仲
(山东能源枣矿八亿橡胶公司，山东 枣庄 277099)
1 实验
1.1 主要原材料
天然胶NR，SMR20，马来西亚产品；顺丁胶BR，牌号9000，中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司产品；防老剂 RD 圣奥化学科技有限公司；防老剂STMQ pro圣奥化学科技有限公司
1.2 配方
配方一：SMR20 100，炭黑N234 53，硬脂酸和氧化锌 5，硫黄和促进剂 2.6，白炭黑及其他 12.8。
配方二：SMR20 50，BR9000 50，炭黑N234 53，硬脂酸和氧化锌5，硫磺和促进剂 2.6，白炭黑及其他12.8。
1.3 主要设备和仪器
XK-150型开放式炼胶机，广东湛江机械厂有限公司产品；XLB-D型平板硫化机，浙江湖州东方 机械有限公司产品；LX-A型邵氏A型硬度计，江都市腾达试验仪器厂有限公司产品；RPA2000橡胶加工分析仪和disperGRADER＋型炭黑分散仪，美国阿尔法科技有限公司产品；401AB型老化试验箱，上海实验仪器有限公司产品；GT-7012-A型阿克隆磨耗机，GT-7080-S2型MOONEY黏性测试仪、GTM2000-A型无转子密闭模硫变仪GT-XS-225A型微电脑比重天平，GT-7012-D型辊筒式磨耗试验机，GT-RH-2000型压缩生热试验机、GT-AI7000M型电子拉力试验机和GT-7042-RE型回弹性实验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品。
1.4 试样制备
1.4.1 配方一
母胶混炼工艺：生胶（55 r/min）→加压（15 s）→药、炭同时加入（转速45 r/min）→加压至120℃→升栓（转速35 r/min）→加压至140 ℃→升栓(转速30 r/min)→加压至160 ℃→升栓排胶（转速55 r/min，排胶10 s）。
终炼混炼工艺：母胶、小料（20 r/min，保持10 s）→加压（18 r/min，25 s）→升栓→加压（25 s）→升栓（16 r/min）→加压（15 s）→升栓→加压（10 s）→排胶（能量9或100 ℃）
1.4.2 配方二
母胶混炼工艺：生胶（转速55 r/min）→加压（25 s）→小药、炭黑同时加入→加压至115 ℃→升栓（转速45 r/min）→加压至140 ℃→升栓（转速40 r/min）→加压至160 ℃→升栓排胶(转速55 r/min，排胶时间8 s)。上顶栓压力6 kg/cm²。
终炼混炼工艺：母胶、小料（21 r/min）→保持（8 s）→加压（25 s）→升栓（16 r/min）→加压（25 s）→升栓→加压（15 s）→升栓→加压（10 s）→排胶（能量9.3或100 ℃，20 r/min）
1.5 性能测试
胶料各项性能按照相应国家标准进行测试。
2 结果与讨论
2.1 配方一
为了初步验证STMQ pro的替代比例，设置以下三个方案.方案一：使用1份防老剂RD。方案二：使用50%的STMQ pro替代防老剂RD使用。方案三：使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用。配方一结果如下：
2.1.1 配方一的硫化特性
从配方一试验硫化性能方面看（表1），三个方案的大转矩基本一致，后两个方案的t90比方案一长0.5 min左右。可见STMQ pro对纯天然胶配方的终炼胶的硫化速度、大转矩基本没有影响。
表1 配方一的硫化速度 （151 ℃×60 min）
2.1.2 老化前的物理机械性能
从老化前物理机械性能看(表2)，方案二和方案三的扯断强度和300%定伸应力略高于方案一，其中方案三的扯断强度和300%定伸应力比方案一高5%,其余各项性能三个方案一致。说明使用STMQ pro配方老化前的物理机械性能略优于使用RD的配方。
表2 配方一胶料老化前的物理机械性能
2.1.3 老化后48 h的物理机械性能
从老化后物理机械性能看(表3)，方案三的扯断强度和撕裂强度略高于方案一，相对体积磨耗量低于方案一，磨耗性能有所提升，其余各项性能三个方案一致。说明使用STMQ pro配方老化后的物理机械性能优于使用RD的配方，并且磨耗有一定程度的提升。
表3 配方一胶料老化后48 h的物理机械性能
2.1 4RPA-2000检测结果
（1）Payne效应
检测条件：
Ready：Temperature 70 ℃；Preheat Time 0.00 min
Stability:Time 0.10 min；Temperature 1.0 ℃
Delay:Time 3.00min;Temperature 70 ℃；Freque ncy0.00CPM;Angle0.00Deg
Strain:Temperature 70 ℃；Frequency 1.00Hz;An gle 0.07～100.00 Deg
检测结果：
从Payne效应方面看(表4、表1)，试验样硫化前的储能模量略低，在小形变下储能模量低10%左右，说明STMQ pro对填料在橡胶的分散具有一定的促进作用。
表4 配方一Payne效应检测数据
（2）温度扫描
检测条件
Ready：Temperature151 ℃；Preheat Time0.00 min
Stability:Time 0.20 min；Temperature 100 ℃
Timed：Time 1.00 min；Temperature 151 ℃；F requency 30.00CPM；Angle0.20 Deg
Cuer:Time 30min;Temperature 151 ℃；Frequency 100.00CPM；Angle0.50Deg
Delay：Time 1.00min;Temperature 120 ℃；Fre quency 100.00CPM；Angle1.00Deg
Temp：Frequency 600.00CPM；Angle1.00Deg；Temperature 120～40℃
Delay：Time 0.50min;Temperature60℃；Frequ ency 50.00CPM；Angle0.50Deg
Strain：Frequency 600.00CPM;Temperature 60℃；Angle 0.05～5.00Deg
Delay：Time0.50 min；Temperature 80 ℃；Frequency 50.00CPM；Angle0.50Deg
Strain：Temperature 80 ℃；Frequency 600.00CPM；Angle 0.05～5.00Deg
检测结果：
从温度扫描方面看(表5、图2)：方案二、方案三硫化后的储能模量明显高于方案一，高温情况下试验样的储能模量和正常样接近，但是也高于正常样，所以使用STMQ pro可以提高硫化后的终炼胶的储能模量。
表5 配方一温度扫描数据 （G’）
试验样硫化后的tanδ在低温条件下：方案二、方案三低于方案一，在高温条件下三个方案基本一致，说明使用STMQ pro可以略降低终炼胶的生热性能，如表6、图3所示。
表6 配方一温度扫描数据 （tanδ）
综上所述：STMQ pro对纯天然胶配方终炼胶的大转矩和硫化速度没有影响，三个方案老化前的物理机械性能均一致，方案三老化后的物理机械性能由于方案二和方案一，所以使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用，老化前后的物理机械性能相对较好。
2.2 配方二实验
通过配方一实验可以得出使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用，老化前后的物理机械性能相对较好。故使用该方案进行配方二实验，并进行双倍老化（48 h、96 h）对实验胶料进行物性检测。使用60%的STMQ pro为实验样。
2.2.1 配方二的硫化特性
从大料试验硫化特性方面看(表7)，三个样品的大转矩基本一致，后两个方案的t90比正常样快1.5 min左右。同配方一实验相比，可知STMQ pro会提高含有合成胶（BR9000占比）比较高的终炼胶的硫化速度。
表7 配方二的硫化速度（151 ℃×60 min）
2.2.2 配方二胶料老化前的物理机械性能
从老化前的物理机械性能方面看(表8)，试验样和正常样的各项性能基本一致，说明STMQ pro和普通防老剂RD在老化前对终炼胶的左右一致。
表8 配方二胶料老化前的物理机械性能
2.2.3 配方二48 h老化后的物理机械性能
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从48 h老化后的物理机械性能方面看(表9)，老化后实验样的扯断强度、扯断伸长率和撕裂强度均高于正常样，其余各项性能试验样和正常样基本一致，说明老化48 h后使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用的终炼胶物理机械性能较好。
表9 配方二48 h老化后的物理机械性能
2.2.4 配方二96 h老化后的物理机械性能
从96 h老化后的物理机械性能方面看(表10)，老化后实验样的扯断强度、扯断伸长率和撕裂强度均高于正常样，其余各项性能试验样和正常样基本一致，说明老化96 h后使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用的终炼胶物理机械性能较好。
表10 配方二96 h老化后的物理机械性能
2.2.5 RPA-2000检测结果
（1）Payne效应
检测条件：
Ready：Temperature 70 ℃；Preheat Time 0.00 min
Stability:Time 0.10 min；Temperature 1.0 ℃
Delay:Time 3.00min; Temperature 70℃; Frequ ency 0.00CPM;Angle0.00Deg
检测结果：
从Payne效应方面看(表11、图4)，试验样硫化前的储能模量略低，在小形变下储能模量低5%左右，说明STMQ pro对填料在橡胶的分散具有一定的促进作用。
表11 配方二Payne效应检测数据
（2）温度扫描
检测条件
Ready：Temperature151℃；Preheat Time 0.00 min
Stability:Time 0.20 min；Temperature 100 ℃
Timed：Time 1.00 min；Temperature 151 ℃；Frequency 30.00CPM；Angle0.20 Deg Cuer:Time 30min;Temperature 151 ℃;Frequenc y 100.00CPM;Angle0.50 Deg Delay：Time 1.00min;Temperature 120 ℃;Frequ enc zy 100.00CPM;Angle1.00 Deg Temp：Frequency 600.00CPM;Angle1.00Deg；Temperature 120～40 ℃Delay：Time 0.50min;Temperature 60 ℃;Frequ ency 50.00CPM;Angle0.50 Deg Strain：Frequency 600.00CPM;Temperature 60 ℃；Angle 0.05～5.00 Deg Delay:Time 0.50min;Temperature 80 ℃;Freque ncy 50.00CPM;Angle0.50 Deg Strain:Temperature 80℃；Frequency 600.00CP M;Angle 0.05～5.00 Deg
检测结果：
从温度扫描方面看(表12、图5)：低温下，试验样硫化后的储能模量明显高于正常样，高温情况下试验样的储能模量和正常样接近，但是也高于正常样，所以使用STMQ pro可以提高硫化后的终炼胶的储能模量。
表12 配方二温度扫描数据（G′）
表13 配方二温度扫描数据（tanδ）
试验样硫化后的tanδ低于正常样，比正常样低5%左右，说明使用STMQ pro可以略降低终炼胶的生热性能，如图13、图6所示。
图1 配方一Payne效应检测数据
图2 配方一温度扫描数据（G′）
图3 配方一温度扫描数据（tanδ）
图4 配方二Payne效应检测数据
图5 配方二温度扫描数据（G′）
图6 配方二温度扫描数据（tanδ）
综上所述：STMQ pro会加快合成胶含量较高的终炼胶的硫化速度，对老化前终炼胶的性能基本没有影响，老化后的扯断强度、扯断伸长率和撕裂强度高于正常样，对老化后终炼胶的性能有明显的提升，对终炼胶的分散性能有一定的影响，明显提高硫化后低温条件下的储能模量，对降低硫化后终炼胶的生热有一定的贡献。
3 结论
（1）STMQ pro对含有高顺胶的配方的硫化速度具有促进作用，对于纯天然胶配方的硫化速度没有影响。
（2）使用STMQ pro生产的终炼胶，老化前的物理机械性能和RD配方的基本一致，老化后的物理机械性能明显优于RD配方。
（3）使用STMQ pro生产的终炼胶老化后的磨耗性能同RD的配方相比提升了5%，耐屈挠龟裂性能一致。
（4）STMQ pro对胶料的分散性能具有一定的促进作用，提高了硫化后的储能模量，降低了硫化后终炼胶的生热性能。
