超微细滑石粉在工程机械轮胎中的应用

超微细滑石粉在工程机械轮胎中的应用刘练12，韦邦风2，于伟阳2（1青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛266042；2徐州徐轮橡胶有限公司，江苏徐州221011）摘要：研究超微细滑石粉在工程机械轮胎胎侧胶中的应用，结果表明，超细滑石粉代替部分炭黑，胶料拉伸性能基本不变，胶料生热降低，撕裂性能提高，胶料分散度提高，能耗降低，成品性能基本相当。关键词：超微细滑石粉；工程机械轮胎随着轮胎工业的发展，生产中的效率和能耗的问题越来越受人们的关注。超细滑石粉是一种粒径小，补强性能好，同时由于滑石粉的片状结构，使得滑石粉与炭黑之间的协合作用，可以提高炭黑的分散度。但滑石粉对高比表面积炭黑分散度的改善极小，因为剪切应力根本不足以分散高比表面积炭黑。主要是由于高比表面积炭黑粒子间的吸引力大和粒径小的原因。滑石粉对低比表面积炭黑分散度的改善很大，本文选用含有低比表面积炭黑的配方进行试验。本文的主要工作是在工程机械轮胎胎侧胶配方中使用超细滑石粉部分取代N660炭黑，在保证物理机械性能的情况下，提高胶料的分散度，降低能耗。1实验1.1主要原材料NR，20#，印度尼西亚产品；BR9000,中石油新疆独山子石化公司；炭黑N330，N660河北大光明炭黑有限公司产品；超微细滑石粉，昆山百氏夫化学有限公司；其它产品为常规产品。1.2配方生产配方：NR60，BR40，炭黑N33025，N66030,芳烃油6，硫磺1.5，促进剂NS1.0，其它22。试验配方：NR60，BR40，炭黑N33025，N66025,超微细滑石粉10，芳烃油6，硫磺1.5，促进剂NS1.0，其它22。作者简介：刘练（1981-），男，江苏徐州人，徐州徐轮橡胶有限公司工程师，在职硕士研究生，主要从事橡胶配方研究工作。1.3主要设备和仪器1L本伯里小型智能密炼机，青岛科高公司产品；XK-160型开炼机，上海橡胶机械厂产品；25T平板硫化机,上海第一橡机厂；伺服控制电脑拉力试验机TCS-2000，高铁检测仪器有限公司；无转子硫化仪GT-M2000A，高铁检测仪器有限公司；智能电脑型门尼粘度仪MV2-90E，无锡蠡园电子仪器厂；压缩生热疲劳机GT-RH2000，高铁检测仪器有限公司，F270型密炼机，大连橡塑机械公司产品；F370型密炼机，大连橡塑机械公司产品；1.4混炼工艺小配合试验胶料采用两段混炼工艺进行混炼。一段混炼在1L密炼机中进行，转子转速为50r/min，混炼工艺为：生胶、小料压陀30秒→加炭黑、超微细滑石粉压陀90秒→加芳烃油压陀90秒→排料(120℃)；二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶、硫磺、促进剂→薄通→混炼均匀下片。大配合试验胶料采用二段混炼工艺进行混炼。一段混炼工艺在F370密炼机进行，转子转速45r/min，混炼工艺：生胶、小料压脱30秒→加1/2炭黑、超微细滑石粉压陀25秒→加1/2炭黑压陀25秒→加芳烃油压陀30秒→提砣、压陀30秒→排料（165℃）；二段混炼工艺在F270密炼机进行，转子转速20r/min，混炼工艺：一段胶压陀30秒→加硫磺、促进剂压陀30秒→提砣、压陀20秒→提砣、压陀20秒→排料（105℃）；1.5性能测试各项性能均按相应的国家标准进行测试2结果与讨论2.1理化分析依据国标GB/T15342-1994对超微细滑石粉的理化分析结果如表1所示表1超细滑石粉的理化分析结果从表1可以看出，超微细滑石粉的各项理化性能均达到国标要求。2.2小配合试验小配合试验结果如表2所示表2小配合试验结果注：1）冲程4.45mm，负荷1.0MPa，温度55℃。项目实测值国家标准白度%89≥85细度45um筛余物含量%0≤0.2%吸油量g/100g4320.0-50.0灼烧减量（1000℃）/%2≤8PH值8.88.0-10.0水分/%0.15≤0.50项目试验配方生产配方门尼焦烧（120℃）/min5859硫化时间（143℃）/min40604060邵尔硬度/度58585959300%定伸应力/MPa7.47.27.57.8拉伸强度/MPa17.717.216.917.0扯断伸长率/%640630620620拉伸永久变形/%29282525撕裂强度KN/m8072压缩生热1）/℃4350硫化仪数据（143℃）T10/min1312T90/min2826100℃×24h老化后邵尔硬度/度69696869300%定伸应力/MPa9.49.29.59.7拉伸强度/MPa12.813.213.113.3扯断伸长率/%560530520540分散度65从表2可以看出，与生产配方相比，试验配方胶料的拉伸强度、扯断伸长率提高，定伸降低，整体物理机械性能变化不大，胶料生热明显减低，撕裂性能明显提高。胶料分散度有大幅度的提高，由5级提高到6级，改善了炭黑的分散性。在机械性能方面，通常估计拉伸强度不会提高，表中较高的拉伸强度是由于提高了分散性所致。扯断伸长率的提高与滑石粉的润滑作用有关。2.3大配合试验为进一步验证超微细滑石粉的实际使用效果，在车间进行大配合试验，试验结果如表3所示。表3大配合试验结果注：1）冲程4.45mm，负荷1.0MPa，温度55℃。从表3可以看出，试验配方与生产配方相比，胶料拉伸性能基本不变，胶料生热降低，撕裂性能提高，与小配合实验结果基本一致；在相同工艺的情况下，试验配方的分散度较高，能耗低。试验配方的排胶温度160℃，明显低于生产配方165℃。主要是由于滑石粉在橡胶加工中能降低生热，降低胶料在混炼过程中温度上升的速度，滑石粉填充的胶料在较低的温度下会产生较高的粘度，从而受到较高的剪切应力，提高了炭黑的分散性。项目试验配方生产配方焦烧时间（120℃）/min5958硫化时间（143℃）/min40604060邵尔硬度/度58595859300%定伸应力/MPa7.57.57.88.0拉伸强度/Mpa17.016.716.816.8扯断伸长率/%650620610600拉伸永久变形/%27282526撕裂强度KN/m8175压缩生热1）/℃4551硫化仪数据（143℃）T10/min1211T90/min2725100℃×24h老化后邵尔硬度/度70716970300%定伸应力/Mpa9.59.910.010.3拉伸强度/Mpa13.513.713.113.3扯断伸长率/%570520500510分散度65密炼机排胶温度℃160165能量KWH961042.4成品试验采用试验配方胶料生产23.5-25-16L3工程机械轮胎，并与生产轮胎进行性能对比试验，试验结果如表4所示。表4成品胎侧性能试验结果从表4可以看出，试验轮胎胎侧的物理机械性能与生产轮胎基本一致，胎侧与胎体的粘合强度稍优于上产轮胎。3结论在工程机械轮胎胎侧胶中使用超微细滑石粉代替部分炭黑，胶料拉伸性能基本不变，胶料生热降低，撕裂性能提高，胶料分散度明显提高，能耗降低，成品性能基本相当。本研究表明超微细滑石粉对含有低比表面积炭黑的配方具有明显的提高分散性，降低能耗的作用。主要是由于滑石粉在加工过程中能降低生热，较低的生热会导致较高的粘度和增加剪切应力，从而提高分散度。项目试验轮胎生产轮胎邵尔硬度/度5858300%定伸应力/MPa7.27.6拉伸强度/Mpa16.716.9扯断伸长率/%620620拉伸永久变形/%2825胎侧-胎体粘合强度KN/m12.511.6