楊俊峰，宋曉慧，王士民，楊金勝，田曉軍，劉乃青，杜昌明

(1.中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司 鐵路運輸部，吉林 吉林 132022)

稀土異戊橡膠，因其具有與天然橡膠相似的化學(xué)組成、立體結(jié)構(gòu)和物理機(jī)械性能，又稱“合成天然橡膠”?？扇炕虿糠秩〈烊幌鹉z，目前廣泛應(yīng)用于輪胎、膠管、膠帶、膠鞋及膠粘劑領(lǐng)域。吉林石化公司研究院640 t/a稀土異戊橡膠中試裝置于2011年建成投產(chǎn)，可生產(chǎn)不同門尼粘度的異戊橡膠產(chǎn)品。選擇與俄羅斯SKI-3、SKI-5[1]門尼粘度相近的稀土異戊橡膠中試產(chǎn)品JH-01，進(jìn)行基本性能評價實驗、胎面膠實驗及輪胎制備實驗，結(jié)果表明,吉林石化公司稀土異戊橡膠中試裝置獲得的異戊橡膠的基本性能、物理機(jī)械性能及在全鋼載重子午線輪胎上的應(yīng)用均達(dá)到了俄羅斯SKI-3、SKI-5的水平。

1 實驗部分

1.1 原料

JH-01：吉林石化公司稀土異戊橡膠中試產(chǎn)品；SKI-3、SKI-5：俄羅斯產(chǎn)品；氧化鋅、硬脂酸、硫黃、促進(jìn)劑、炭黑：工業(yè)品，外購。

1.2 設(shè)備儀器

XSS-300轉(zhuǎn)矩流變儀：上?？苿?chuàng)科技有限公司；KY-3203E開煉機(jī)：臺灣合資東莞廠；XLB平板硫化機(jī)：青島機(jī)械廠；門尼機(jī)：臺灣高鐵公司；GPC凝膠色譜：日本惠普公司。

1.3 實驗配方

基礎(chǔ)膠配方(質(zhì)量份)：JH-01 100.00,硬脂酸 2.00，氧化鋅 5.00，炭黑 35.00，促進(jìn)劑 0.70，硫黃2.25。

輪胎胎面膠制作配方：m(天然膠)∶m(異戊橡膠)=60∶40，其它配方同大連輪胎廠生產(chǎn)配方。

1.4 樣品制備

采用XSS-300轉(zhuǎn)矩流變儀制備混煉膠，初始溫度為60 ℃,轉(zhuǎn)速50 r/min。所有混煉膠停放12 h后，測定混煉膠門尼粘度。在KY-3203E開煉機(jī)上進(jìn)行膠料的薄通及試片的壓延。用電熱平板硫化機(jī)，在10 MPa、135 ℃×30 min條件下制成硫化試片，停放24 h后進(jìn)行物理機(jī)械性能測試。

1.5 性能測試

門尼粘度按 GB/T 1232.1—2000測定；拉伸強(qiáng)度、伸長率、定伸強(qiáng)度、永久變形按GB/528—2009測定；撕裂強(qiáng)度按GB/529—2008測定；硬度按GB/531.1—2008測定；硫化特性按GB/T16584測定；門尼焦燒按GB/T 1233測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 異戊橡膠基本性能分析

2.1.1 基礎(chǔ)膠性能

對JH-01、SKI-3、SKI-5 3種膠進(jìn)行基本性能分析，結(jié)果如表1所示。

表1 JH-01與進(jìn)口膠的基本性能

從表1可以看出，JH-01與SKI-5的門尼粘度、揮發(fā)分、灰分相當(dāng)，相對分子質(zhì)量分布JH-01相對SKI-3、SKI-5窄些，JH-01的-1，4順式含量高于SKI-5但低于SKI-3。從相對分子質(zhì)量分布及-1，4順式含量分析，JH-01處于SKI-5 和SKI-3之間。一般來說，相對分子質(zhì)量分布寬，其加工性能好，相對分子質(zhì)量分布窄，其加工性能差，也就是說，低相對分子質(zhì)量部分有利于橡膠的加工。而異戊橡膠-1，4順式含量的高低對硫化膠的物理機(jī)械性能影響較大，-1，4順式含量越高，拉伸結(jié)晶產(chǎn)生的自補強(qiáng)效應(yīng)越高，會提高膠料的力學(xué)性能。

2.1.2 混煉膠基本性能

JH-01、SKI-5和SKI-3混煉膠基本性能見表2。

表2 JH-01、SKI-5和SKI-3 混煉膠基本性能

1) Rlx_a為門尼松弛斜率；Rlx_k為松弛開始1 s瞬間門尼值；Rlx_X30為馬達(dá)停止后1 s，經(jīng)過30 s門尼變化率，下同。

從表2可以看出，JH-01和SKI-5、SKI-3混煉膠性能相當(dāng)。

2.1.3 混煉膠硫化特性[2]

圖1為JH-01、SKI-5和SKI-3在135 ℃時的硫化特性對比圖，圖2為混煉膠焦燒特性對比圖。

時間/h紅色為SKI-3，藍(lán)色為SKI-5，粉色為JH-01

時間/h

從圖1可以看出,JH-01、SKI-3、SKI-5的硫化曲線幾乎重合，說明其硫化特性基本相同。從圖2可以看出，SKI-5和JH-01的焦燒時間與SKI-3焦燒時間相比較長，在操作過程中安全系數(shù)高。

2.1.4 硫化膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能

不同硫化時間硫化膠的應(yīng)變性能見表3。

表3 不同硫化時間硫化膠的應(yīng)力應(yīng)變性能

由表3可以看出,JH-01與 SKI-5均為稀土異戊橡膠，由于JH-01的-1，4順式含量及相對分子質(zhì)量略高于SKI-5，因此硫化膠的應(yīng)力應(yīng)變性能總體看略好于SKI-5。在硫化時間20 min時SKI-3性能明顯好于JH-01、SKI-5，但達(dá)到正硫化點后，300%定伸強(qiáng)度好于JH-01與 SKI-5，而其它性能與JH-01、SKI-5基本一致。這與前面測量膠料的焦燒特性相對應(yīng)，即焦燒時間長，硫化速度慢，導(dǎo)致硫化膠欠硫，硫化不完全造成[3-4]。在使用強(qiáng)度上JH-01已經(jīng)達(dá)到國外同類產(chǎn)品水平[5]。

2.1.5 硫化膠的撕裂性能

硫化膠的撕裂性能見表4。

表4 硫化膠的撕裂性能1)

1) 硫化條件：135 ℃×30 min。

撕裂強(qiáng)度的大小與相對分子質(zhì)量大小及分布有關(guān)，通常來說，小相對分子質(zhì)量的膠含量高、相對分子質(zhì)量分布寬，硫化膠的撕裂強(qiáng)度相對較高。從表4可以看出，JH-01的撕裂強(qiáng)度略低于SKI-3，高于SKI-5，這一結(jié)論與上述基本性能分析相對應(yīng)。

2.1.6 混煉工藝性能評價

JH-01在混煉時生膠的包輥性、吃料速度及混煉過程中割膠打薄性能[6-7]與SKI-3、SKI-5相當(dāng)，膠料包輥性如圖3所示。

(a) JH-01加入炭黑圖

(b) SKI-5加入炭黑圖

(c) SKI-3加入炭黑圖

從圖3可以看出,JH-01在混煉時混煉膠包輥性能良好，無粘輥、脫輥現(xiàn)象，下片后，膠片平整光滑，有較好的光澤度，膠料混煉性能與SKI-3、SKI-5無差別。

2.2 JH-01、SKI-5、SKI-3 應(yīng)用于全鋼載重子午線輪胎

在胎面膠實驗過程中，分別用40質(zhì)量份的JH-01、SKI-5、SKI-3替代天然橡膠(其它材料及配方為大連輪胎廠提供)作為全鋼載重子午線輪胎的胎面膠進(jìn)行實驗。通過膠料的混煉、膠料的擠出、輪胎的成型及硫化成型，得到成品輪胎。

2.2.1 胎面混煉膠特性

JH-01膠料的門尼粘度與生產(chǎn)配方接近，JH-01膠料Rlx_a絕對值相對較大。通常來說，Rlx_a絕對值越大，膠料加工性能越好。這與橡膠的相對分子質(zhì)量及分子鏈段的柔順程度有關(guān)，橡膠材料在消除內(nèi)部應(yīng)力時受的摩擦力越小，Rlx_a越大。胎面混煉膠門尼粘度及硫化性能見表5和表6。

表5 胎面混煉膠門尼粘度

1) 大連輪胎廠在線產(chǎn)品，下同。

表6 胎面混煉膠硫化性能

表6數(shù)據(jù)和圖2前面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相吻合，說明JH-01膠料的焦燒時間略長，硫化速度越慢，安全系數(shù)高。JH-01的ML略高于SKI-5、SKI-3及生產(chǎn)配方，這從膠料的門尼粘度及相對分子質(zhì)量大小可以得到解釋。JH-01的相對分子質(zhì)量高于SKI-5、SKI-3，相應(yīng)膠料的門尼粘度就高，所以影響膠料在硫化誘導(dǎo)期的流動性。

2.2.2 胎面硫化膠的應(yīng)力應(yīng)變性能

不同硫化時間胎面硫化膠的應(yīng)力應(yīng)變性能見表7。

表7 不同硫化時間胎面硫化膠的應(yīng)力應(yīng)變性能

由表7可以看出，用40質(zhì)量份的異戊橡膠替代天然橡膠膠，JH-01膠料與SKI-5、SKI-3的應(yīng)力應(yīng)變性能基本一致，滿足生產(chǎn)配方的要求。

2.2.3 胎面硫化膠撕裂性能

胎面硫化膠撕裂強(qiáng)度見表8。

表8 胎面硫化膠撕裂強(qiáng)度

用40質(zhì)量份異戊橡膠替代天然橡膠，JH-01膠料與SKI-5膠料的撕裂強(qiáng)度相當(dāng)，滿足生產(chǎn)配方要求。

2.2.4 胎面硫化膠其它性能

胎面硫化膠其它性能如表9所示。

表9 胎面硫化膠其它物性

表9 的檢測數(shù)據(jù)表明，JH-01的壓縮疲勞溫升較低，說明JH-01在受到外力作用時，抵抗橡膠內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的能力較大，壓縮疲勞性能越好；滾動阻力、動態(tài)切割性能、抗?jié)窕阅堋⒒貜椥?、磨耗性能及炭黑分散性對于JH-01與SKI-5、SKI-3沒有大的差別，可滿足生產(chǎn)配方的要求。胎面膠下片圖及輪胎成型圖分別見圖4、圖5。

(a) JH-01

(b) SKI-5

(c) SKI-3

(a) JH-01

(b) SKI-5

(c) SKI-3

分別用40質(zhì)量份的JH-01、SKI-5和SKI-3替代天然橡膠作為胎面膠，壓出的膠片平整光滑，有較好的光澤度，尺寸穩(wěn)定性好，達(dá)到生產(chǎn)工藝要求。

2.2.5 成品輪胎的檢驗結(jié)果

表10是大連輪胎廠分別用40質(zhì)量份的JH-01、SKI-5和SKI-3替代天然橡膠作為胎面膠，制作的全鋼載重子午線輪胎各項指標(biāo)的檢測結(jié)果。

表10 輪胎成品檢測

表11為國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心認(rèn)證結(jié)果。

表11 載重汽車普通斷面子午線輪胎檢驗結(jié)果

表10與表11檢測數(shù)據(jù)顯示，JH-01、SKI-3、SKI-5 40%替代天然橡膠作為全綱載重子午線輪胎的胎面膠制備的輪胎達(dá)到大連輪胎廠成品檢測及國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心認(rèn)證。

3 結(jié) 論

通過對稀土異戊橡膠JH-01、SKI-3、SKI-5的基本性能實驗、產(chǎn)品配方實驗、輪胎產(chǎn)品實驗得到結(jié)論如下：

(1) 吉林石化公司研究院中試生產(chǎn)的異戊橡膠JH-01與俄羅斯SKI-3、SKI-5，在基本配方實驗中，工藝性能無差異，物理性能基本一致。

(2) 在輪胎配方中采用40質(zhì)量份替代天然橡膠時，吉林石化公司JH-01與天然橡膠相容性良好，配合劑分散均勻?；鞜捁β实?，壓出速度快，壓出收縮率小，表面光滑，尺寸穩(wěn)定，有良好的加工性能，與俄羅斯SKI-3、SKI-5性能無差異。

(3) 吉林石化公司JH-01混煉膠硫化特性、門尼焦燒特性和硫化速度與天然橡膠、俄羅斯SKI-3、SKI-5一致。

(4) 吉林石化公司JH-01硫化橡膠炭黑分散良好，撕裂強(qiáng)度高，回彈好，耐磨耗，耐老化性能好，耐刺扎性能優(yōu)良，滾動阻力大，安全性能高。拉伸應(yīng)力應(yīng)變、壓縮生熱與俄羅斯SKI-3、SKI-5相當(dāng)。

(5) 在胎面膠中并用40質(zhì)量份的吉林石化公司異戊橡膠JH-01，無需改變生產(chǎn)配方和工藝，各項指標(biāo)均符合大連輪胎廠實際生產(chǎn)要求，輪胎成品經(jīng)輪胎廠質(zhì)檢部檢驗，完全符合全鋼子午線輪胎出廠檢驗標(biāo)準(zhǔn)，并通過國家橡膠輪胎質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心認(rèn)證。

參 考 文 獻(xiàn)：

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