活性氧化锌在半钢气密层胶料中的应用1

活性氧化锌在半钢气密层胶料中的应用内容提要：本文主要研究活性氧化锌在半钢子午线轮胎气密层胶料中的应用。通过在气密层胶料中使用适量的活性氧化锌替代普通氧化锌，可以提高气密层胶料的硫化速度，并降低胶料中氧化锌的含量，从而适用欧盟REACH法规对橡胶中氧化锌含量的要求，具有很大的环保及经济效应。主题词：半钢子午线轮胎气密层胶料硫化速度REACH法规氧化锌是橡胶工业最重要的无机活性剂，橡胶在生产、废弃及回收的过程中有可能释放出锌化合物造成环境危害。随着环保要求的提高，需要降低橡胶硫化过程中氧化锌的使用剂量，活性氧化锌具有粒径细，比表面积大，硫化活性高的特点。与普通氧化锌相比，活性氧化锌在配方中的用量可以降低，从而降低硫化过程中及硫化胶使用时氧化锌对环境的危害，体现出环保及经济效应。本工作主要是将活性氧化锌和普通氧化锌用在半钢气密层胶中进行对比试验，从而优选合适的活性氧化锌用量，使胶料的硫化速度更匹配。1.试验1.1原材料普通氧化锌—生产用料；活性氧化锌—进口；其他实验室小配合与车间试验所用的原材料均为我公司现生产所用的原材料。1.2主要试验设备MV2000门尼粘度计、MDR2000无转子流变仪、T-2000拉力试验机、RPA2000橡胶加工性能试验仪，美国阿迩法公司产品；1.7L密炼机，日本神户制钢公司产品；回弹性试验仪,VEB公司产品；160mm×320mm开炼机，青岛橡胶机械厂产品；GK400N和GK255N密炼机，德国W&P公司产品；1.3胶料的制备和性能测试试验室小配合试验采用1.7L的密炼机来制备胶料，硫磺和促进剂在160mm×320mm开炼机上加入；车间压料试验采用GK400N和GK255N密炼机压料，硫磺和促进剂在密炼机内加入。生产胶料配方和试验配方均采用一段母炼的方式来压料。所有的胶料的性能的测试均按相应的国家标准进行。2．试验室小配合试验对比配方2.1小配合试验配方NR20.0，CIIR80.0,炭黑57.0，硫化剂：1.76，其它适量。1#配方：气密层生产配方（使用3份普通氧化锌）2#配方：气密层试验配方（使用3份活性氧化锌）3#配方：气密层试验配方（使用2.4份活性氧化锌）2.2试验室小配合试验结果与讨论2.2.1主要物理性能对比1.小配合试验数据（表1）从表1可以看出，在用量相同的条件下，使用活性氧化锌的2#、胶料比使用普通氧化锌的胶料的硫化速度提高了一倍左右，在80%普通氧化锌的用量下，使用活性氧化锌的3#胶料硫化仍快很多。胶料的其它性能，焦烧性能基本相同；门尼粘度变化不大；试验胶料硫化胶的硬度、扯断强度、撕力及定伸强度比生产配方胶料有所提高，其他性能如疲劳、屈曲等数值相当。试验胶料的热空气老化性能略有下降。表1小配合试验结果3.车间大料试验及数据对比3.1.大料试验数据1#生产配方2#试验配方3#试验配方ML1﹢4100℃656363191℃硫变仪T57：487：337：40T3511：5611：0212：02ML1.061.641.36MH4.355.825.12T100：320：300：30T501：180：531：00T903：411：582：16物理性能160℃×min303030硬度596060伸长率%607583591永久变形%423839扯断强度MPa6.27.06.9100%定伸MPa1.31.61.5300%定伸MPA3.13.83.7撕力KN/m364140疲劳伸长率%640547562扯断强度MPa6.36.66.5100℃×48hr老化伸长率%459461461扯断强度MPa6.56.26.3屈曲160℃×20min转数300045007500120001800027000500001#2.22.42.42.82.83.03.02#2.32.42.52.62.82.93.23#2.32.42.52.72.83.03.1根据小配合试验结果，考虑到胶料硫化速度的匹配性，决定对3#配方进行压大料，试验结果如下：（表2）从表2可以看出，2#胶料比1#胶料硫化速度快了近一倍，相比小配合试验结果，采用活性氧化锌的2#试验料硫化速度更快，表明活性氧化锌活性远远高于普通氧化锌，1#、2#焦烧时间相差很小，表明活性氧化锌对胶料的焦烧性能影响不大；门尼粘度变化不大；1#、2#胶料硫化胶的硬度、扯断强度、撕力、定伸强度及疲劳等数值相当，这和小配合试验结果趋向一致，试验料热空气老化性能同样略有降低只是屈曲数据偏大，和小配合结果有所偏差。试验配方的未硫化胶应变扫描损耗因子tanδ值较现生产配方略高，说明胶料在实际加工过程中的加工性能略优于生产配方。试验配方与生产使用配方相比，硫化胶温度扫描的损耗因子tanδ值变小，说明胶料的动态生热降低。表2大料试验结果1#（普通氧化锌）2#（活性氧化锌）ML1﹢4100℃7470165℃硫变仪T58：378：14T3514：4612：52ML1.181.47MH5.195.46T100：350：34T501：271：02T904：102：18物理性能160℃×min3030邵氏硬度6161伸长率%676656永久变形%3533扯断强度MPa7.37.8100%定伸MPa1.51.6300%定伸MPA3.53.8撕力KN/m45433.2车间工艺性能因为新配方只是调整了氧化锌的种类和用量，主要是提高了胶料的硫化速度，而门尼焦烧、门尼粘度变化不大，所以半成品压出工艺弹性910密度1.301.29十万次疲劳伸长率%608594扯断强度MPa7.47.6100℃×48hr老化伸长率%431463扯断强度MPa7.26.4屈挠割口增长（cm）160℃×30min转数300045007500120001800027000500001#2.52.52.62.72.92.93.02#3.13.13.74.04.96.47.5未硫化胶应变扫描损耗因子tgδ（温度100℃；频率20cpm）应变deg1#2#0.050.5340.5590.10.5640.6010.20.5900.5760.50.5790.57610.5850.58120.6600.66250.8680.875101.1781.182硫化胶温度扫描耗因子tgδ（频率1000cpm；应变0.5deg）温度℃1#2#1200.2440.2111100.2530.2171000.2540.220900.2600.222800.2650.237700.2670.239600.2810.249500.2940.28140.10.3290.317没有明显变化，成品胎硫化后外观正常。3.3.成品试验：我们选择在ST205/75R15规格上试制，气密层胶使用了试验胶料，胶料车间工艺通过性良好。抽胎做高速和耐久试验，试验结果如下：高速性能试验结果：试验阶段12345678试验速度km/h80120128136144152160168行驶时间min12030303030303022耐久性能试验结果：阶段1234负荷率%7597114130负荷KG6198009411073时间h7.016.024.073.0从试验结果可以看出，高速性能和耐久性能超过合格水平，达到预期目的。高速试验结束时轮胎状况是肩部起鼓；耐久试验结束时轮胎无损坏，气密层外观良好，4.．结语活性氧化锌代替普通氧化锌用在气密层中，胶料物理性能与使用普通氧化锌的胶料相当，胶料硫化速度加快，有利于缩短硫化时间，因为降低了胶料中氧化锌的用量，更适于环保的要求。