陳 慧

（江蘇愛特恩高分子材料有限公司，江蘇 常州 213164）

白炭黑部分或全部替代炭黑用于綠色輪胎胎面膠中，可以降低輪胎的滾動阻力、提高輪胎的抗刺扎性能、抗崩花掉塊性能和抗?jié)窕阅躘1-2]。白炭黑雖然賦予胎面膠良好的性能，但由于其分子極性強，與烴類橡膠分子相容性差，在膠料中不易分散，加工性能差，因此其在胎面膠中的應(yīng)用受到很大的限制。

為了提高白炭黑在膠料中的分散性和加工性能，國內(nèi)外對白炭黑進行了預(yù)分散處理、超細(xì)納米化處理、改性處理的研究，開發(fā)了提高白炭黑分散性的加工助劑，例如德國S&S公司的白炭黑分散劑EF44（脂肪酸酯和鋅皂與各種表面活性劑的混合物）、德國萊茵公司的白炭黑分散劑ST（特殊鋅皂、烴類與填料的混合物）和GT（特定相對分子質(zhì)量分布的脂肪酸鋅皂）、我國陽谷華泰化工股份有限公司的白炭黑分散劑HST、江蘇愛特恩高分子材料有限公司的白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W等。

白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的主要成分是經(jīng)表面處理過的具有層疊交織網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的有機酸酯分子，可明顯改善白炭黑膠料的加工性能，提高白炭黑在膠料中的分散性。本工作主要研究白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

丁苯橡膠（SBR），牌號1712，充高芳烴油37.5份，中國石化齊魯石油化工公司產(chǎn)品；白炭黑，確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品；白炭黑分散劑ST，德國萊茵化學(xué)公司產(chǎn)品；白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W，江蘇愛特恩高分子材料有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

XSM-1/10~120型密煉機，大連大通偉業(yè)橡塑機械有限公司產(chǎn)品；GK270型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產(chǎn)品；XSK-160型開煉機，上海第一橡膠機械廠產(chǎn)品；900×900三層平板硫化機，青島嘉瑞橡膠機械有限公司產(chǎn)品；GT-7080-S2型門尼粘度計、GT-M2000-A型密閉模硫化儀和GT-7012-D型阿克隆磨耗試驗機，臺灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；JSM670F型掃描電子顯微鏡（SEM），日本電子株式會社廣州事務(wù)所產(chǎn)品；AGS-5KN型拉力試驗機，珠海市三思泰捷電氣設(shè)備有限公司產(chǎn)品；DMA242型動態(tài)熱力學(xué)分析儀，北京清大智杰科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品。

1.3 配方

1.3.1 小配合試驗

T1配方：天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR），30/96.25；白炭黑，65；炭黑N330，6；氧化鋅，5；硬脂酸，2；偶聯(lián)劑Si69，6.5；防老劑4020和RD，3；防護蠟，1；操作油，6；硫黃和促進劑D/CZ，5；其它，4；合計，229.75。

T2配方：白炭黑分散劑ST，3；其余組分同T1配方；合計，232.75。

T3配方：白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W，3；其余組分同T1配方；合計，232.75。

1.3.2 大配合試驗

A1配方：NR/SBR1712，30/96.25，炭黑N330，45；白炭黑，10；氧化鋅，5；硬脂酸，2；偶聯(lián)劑Si69，1；防老劑，3；其它，8.5；合計，200.75。

A2配方：白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W，3；其余組分同A1配方；合計，203.75。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

膠料混煉采用3段工藝進行，一段和二段混煉在XSM-1/10~120型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1，三段混煉在開煉機上進行。為了達到理想的效果，白炭黑、白炭黑分散劑和偶聯(lián)劑應(yīng)在其它配合劑之前加入，以防止其它配合劑占據(jù)白炭黑表面而使其活性受到影響或被其它配合劑吸收。

一段混煉工藝為：生膠→1/2白炭黑、1/2偶聯(lián)劑、1/2操作油、白炭黑分散劑、硬脂酸→剩余1/2白炭黑、剩余1/2偶聯(lián)劑、剩余1/2操作油、氧化鋅、防護蠟、防老劑→排膠（溫度135~140 ℃）→停放24 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠排膠（溫度135~140 ℃）→停放24 h；三段混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進劑→薄通→下片。

1.4.2 大配合試驗

膠料混煉采用2段工藝進行。一段、二段和三段混煉均在GK270型密煉機中進行，一段和二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1；三段轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠→小料→白炭黑、2/3炭黑→操作油→排膠（溫度155~165 ℃）→停放4~8 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠→剩余1/3炭黑→排膠（溫度135~140 ℃）→停放4~8 h；三段混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進劑→排膠（溫度不高于105 ℃）→停放4~8 h。

1.5 性能測試

用流變儀測試混煉膠的注入速率，用動態(tài)熱力學(xué)分析儀測試硫化膠的動態(tài)力學(xué)性能，用SEM觀察白炭黑在膠料中的分散情況，膠料其它性能按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的理化性能如表1所示。

從表1可以看出，白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的理化性能

2.2 小配合試驗

小配合試驗?zāi)z料性能見表2。

從表2可以看出：與T1配方膠料相比，添加白炭黑分散劑ST的T2配方膠料和添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的T3配方膠料的門尼粘度較小，注入速率較快，密煉機能耗較小；T3配方膠料加工性能略優(yōu)于T2配方膠料，這是由于白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W中的有機羧酸酯具有良好的塑解性、潤滑性以及與橡膠的相容性。

從表2還可以看出：與T1配方膠料相比，T2配方和T3配方膠料的ML較小，這與膠料的門尼粘度較小相對應(yīng)；MH相當(dāng)，t10和t90略長；硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強度略低，但相差不大；拉斷伸長率和撕裂強度較大，阿克隆磨耗量略小，生熱較低；0 ℃時的tanδ較大，60 ℃時的tanδ較小，說明膠料的抗?jié)窕阅茌^好，滾動阻力較低。

表2 小配合試驗?zāi)z料性能

3種小配合試驗?zāi)z料的SEM照片（放大3000倍）如圖1所示。從圖1可以看出：T1配方膠料中有多個未分散的白炭黑顆粒，添加白炭黑分散劑ST的T2配方和添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的T3配方膠料白炭黑分散性較好；與T2配方膠料相比，T3配方膠料的白炭黑分散性更好，即白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W明顯改善了白炭黑顆粒在膠料中分散不均而產(chǎn)生的結(jié)團現(xiàn)象，這是由于白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W中的羧酸基團對橡膠具有良好的浸潤性，降低了白炭黑的極性，使強極性物質(zhì)在非極性橡膠中穩(wěn)定分散，提高了其在白炭黑和橡膠界面的乳化分散功能。

圖1 小配合試驗?zāi)z料白炭黑分散的SEM照片

2.3 大配合試驗

大配合試驗?zāi)z料性能見表3。

從表3可以看出：與A1配方膠料相比，添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的A2配方膠料門尼粘度較小，ML，MH，t10和t90相當(dāng)；硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強度相當(dāng)，拉斷伸長率和撕裂強度較大，阿克隆磨耗量較小，耐熱空氣老化性能略好。大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本相同。

表3 大配合試驗?zāi)z料性能

2.4 成品輪胎性能

用A2配方膠料試制10.00R20 16RP全鋼載重子午線輪胎，并按照GB/T 4501—2008進行成品性能試驗，結(jié)果見表4。

從表4可以看出，試驗輪胎的強度性能和耐久性能均比生產(chǎn)輪胎略好，完全能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

表4 成品輪胎性能試驗結(jié)果

3 結(jié)論

（1）白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W能有效降低膠料混煉能耗，減小膠料門尼粘度，提高膠料流動性，從而提高膠料的注入速率和混煉效率。

（2）添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W的膠料白炭黑分散性更好，拉斷伸長率和撕裂強度較大，阿克隆磨耗量較小，生熱較低，抗?jié)窕阅茌^好，滾動阻力較低。

（3）添加白炭黑加工改質(zhì)劑ATE-W胎面膠試制的成品輪胎強度性能和耐久性能略好，完全能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

參考文獻：[1] 潘廣麗，董彩麗，于國鴻．加工助劑在白炭黑胎面膠

中的應(yīng)用[J]．輪胎工業(yè)，2004，24（9）：535-538．[2] 江畹蘭．添加加工助劑改善填充膠料的加工性能[J]．

世界橡膠工業(yè)，2004，31（4）：16-18.