环保型硫化剂WK-7在全钢子午线轮胎胎面基部胶中的应用

董凌波，吕丹丹，刘恩冉，李 鹏，刘 谦

（三角轮胎股份有限公司，山东 威海 264200）

硫化剂DTDM（4，4′-二硫代二吗啡啉）在有效和半有效硫化体系中用作硫黄给予体，在天然橡胶（NR）和合成橡胶中具有防老化和抗硫化返原等作用[1-2]。硫化剂DTDM受热分解出有毒的氮氧化物和硫氧化物烟雾，有害身体健康。为提高胶料性能，满足环保要求，硫化剂DTDM的环保替代产品TB710和DTDC等成为橡胶行业的研究热点。

环保型硫化剂WK-7（烷基酚二硫化物）含有活性硫，受热后具有硫化作用且无氮氧化物等毒性物质产生，可作为硫化剂DTDM的环保替代品[3]。

本工作研究硫化剂WK-7替代硫化剂DTDM在全钢子午线轮胎轮胎胎面基部胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，牌号SMR20，马来西亚产品；炭黑N375，山东贝斯特化工有限公司产品；白炭黑，山东振兴化工有限公司产品；硫化剂WK-7，淄博万科化工有限公司产品；硫化剂DTDM，市售品。

1.2 主要设备与仪器

XK-160型开炼机，沈阳橡胶机械有限公司产品；GK400型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；MDR2000型无转子硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；TS-2000M型电子拉力机，高铁检测仪器有限公司产品；EPLEXOR 500N型动态力学分析仪，德国高宝公司产品；轮胎耐久试验机，天津赛象科技股份有限公司产品。

1.3 配方

1#配方：NR 100，炭黑和白炭黑 50，氧化锌 4，硬脂酸 2，防老剂 3.5，防焦剂CTP 0.2，硫黄 1.5，硫化剂DTDM 0.5，促进剂NS 1.2，其他 4.5。

2#配方：除硫化剂DTDM改为硫化剂WK-7外，其他组分和用量同1#配方。

1.4 试样制备

小配合试验胶料分两段混炼。

（2）大配合试验

大配合试验胶料分两段混炼，均在密炼机中进行。

一段混炼工艺同小配合试验胶料。

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1.5 性能测试

（1）动态力学性能

硫化胶的动态力学性能采用动态力学分析仪进行测试，测试条件为：频率 10 Hz，静态应变 5%，动态应变 5%，升温速率 3 ℃·min-1，温度 30～80 ℃。

（2）耐久性能

成品轮胎的耐久性能先按照GB/T 4501—2008《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行测试，试验条件为：充气压力 830 kPa，额定负荷 3 350 kg，试验速度 70 km·h-1；完成标准规定程序后，每10 h负荷增大10%继续进行试验，负荷至140%保持恒定，至轮胎损坏为止。

（3）其他

胶料其他性能按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

硫化剂WK-7的理化性能如表1所示。从表1可以看出，硫化剂WK-7的硫质量分数为0.289，软化点为108 ℃，达到企业标准要求。

表1 硫化剂WK-7的理化性能

2.2 小配合试验

2.2.1 硫化特性

小配合试验混炼胶的硫化特性如表2所示。从表2可以看出，与硫化剂DTDM混炼胶相比，硫化剂WK-7混炼胶的FL和硫化返原率略有减小，Fmax减小，t10和t90缩短，这表明硫化剂WK-7混炼胶的硫化速率增大，交联密度减小。

表2 小配合试验混炼胶的硫化特性（150 °C）

2.2.2 物理性能

小配合试验硫化胶的物理性能如表3所示。从表3可以看出：与硫化剂DTDM硫化胶相比，硫化剂WK-7硫化胶的邵尔A型硬度和定伸应力略有减小，这可能与硫化剂WK-7硫化胶的交联密度相对较低有关；拉伸强度和回弹值相当，拉断伸长率和撕裂强度增大；热空气老化后拉伸强度下降率和拉断伸长率下降率较小，这表明硫化剂WK-7硫化胶的耐热空气老化性能较好。

表3 小配合试验硫化胶的物理性能

2.2.3 动态力学性能

小配合试验硫化胶的损耗因子（tanδ）-温度曲线如图1所示。从图1可以看出，在整个温度扫描范围内，与硫化剂DTDM硫化胶相比，硫化剂WK-7硫化胶的tanδ略有增大，即生热略升高，这与其交联密度较小有关。

图1 小配合试验硫化胶的tanδ-温度曲线

2.3 大配合试验

2.3.1 硫化特性

大配合试验混炼胶的硫化特性如表4所示。从表4可以看出，与硫化剂DTDM混炼胶相比，硫化剂WK-7混炼胶的FL和硫化返原率略有减小，Fmax减小，t10和t90缩短，这与小配合试验结果基本一致。

表4 大配合试验混炼胶的硫化特性（150 °C）

2.3.2 物理性能

大配合试验硫化胶的物理性能如表5所示。从表5可以看出，与硫化剂DTDM硫化胶相比，硫化剂WK-7硫化胶的定伸应力略有减小，邵尔A型硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和回弹值相差不大，耐热空气老化性能相当，这与小配合试验结果基本一致。

表5 大配合试验硫化胶的物理性能

2.4 成品轮胎性能

分别采用1#和2#配方胶料试制12R22.5全钢子午线轮胎并对其进行室内机床耐久性能测试，结果如表6所示。从表6可以看出，采用2#配方胶料试制的成品轮胎耐久性能与采用1#配方胶料试制的成品轮胎相当或略有提高，说明硫化剂WK-7可作为硫化剂DTDM的环保替代产品应用于全钢子午线轮胎胎面基部胶中。

表6 成品轮胎耐久性能试验结果

3 结论

（1）与硫化剂DTDM胶料相比，硫化剂WK-7混炼胶的硫化返原率略有减小，硫化速率增大，交联密度减小；硫化胶的定伸应力略有减小，邵尔A型硬度、拉伸强度和回弹值变化不大，耐热空气老化性能相当，生热略有升高。

（2）采用硫化剂WK-7基部胶试制的轮胎耐久性能与采用硫化剂DTDM基部胶试制的轮胎相当。

硫化剂WK-7可作为硫化剂DTDM的环保替代产品应用于全钢子午线轮胎胎面基部胶中。