湿法白炭黑天然橡胶母胶在全钢载重子午线轮胎中的应用

陆 铭，巫 超，王 婷，丁爱武，李花婷，李德新

（1.北京橡胶工业研究设计院，北京 100143；2.中国化工橡胶桂林轮胎有限公司，广西 桂林 541004；3.海南天然橡胶产业集团股份有限公司，海南 海口 570105）

白炭黑是绿色轮胎的理想填料，将其应用于轮胎，可以降低胶料的生热和滞后以及轮胎的滚动阻力，并且节约燃料。但由于白炭黑粒子比表面积较大、表面自由能高、表面原子数目多且极不稳定，易与其他原子结合，因此当白炭黑用量较大时，采用传统干法混炼工艺很难使白炭黑均匀分散到橡胶材料中。在实际应用中，通过加入偶联剂来提高白炭黑的分散程度，但仍需采用多段炼胶工艺，耗能耗时。

为解决此技术难题，北京橡胶工业研究设计院（以下简称北橡院）采用湿法混炼工艺制备了湿法白炭黑天然橡胶（NR）母胶（以下简称湿法母胶）。湿法母胶是将白炭黑浆液与NR胶乳通过共混、共凝、绉片、造粒、干燥等制成。

本工作是中国化工橡胶桂林轮胎有限公司将北橡院制备的湿法母胶用于全钢载重子午线轮胎的胎面胶、基部胶和带束层胶配方中，并对其进行应用性能评价。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，SMR20，马来西亚产品；炭黑N121，N234，N375和N330以及白炭黑，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；硅烷偶联剂，江西南昌赣宇有机硅有限公司产品。

湿法母胶：10#，20#和30#分别为100份NR中加入10，20和30份白炭黑，北橡院提供。

1.2 配方

1.2.1 基本配方

（1）NR标准配方（GB/T 15340—2008《天然、合成生胶取样及制样方法，配方2》）：生胶 100，氧化锌 6，硬脂酸 0.5，硫黄 3.5，促进剂NS 0.7。

（2）北橡院推荐配方：湿法母胶 110（或120，130），氧化锌 5，硬脂酸 1.5，防老剂4020 0.8，硫黄 1.5，促进剂CZ 1.3。

1.2.2 实用配方

将湿法母胶用于全钢载重子午线轮胎，实用配方分别采用高速胎面胶配方、矿山胎面胶配方、基部胶配方和带束层胶配方，具体配方组分示于表1—4。

表1 高速胎面胶配方 份

表2 矿山胎面胶配方 份

表3 基部胶配方 份

表4 带束层胶配方 份

1.3 主要设备和仪器

BB2型密炼机，日本神户制钢公司产品；Φ160 mm×320 mm开炼机，广东湛江机械厂产品；XLB2Q型平板硫化机，浙江湖州宏图机械有限公司产品；T-10型橡胶电子拉力试验机、MV2000型门尼粘度计、Y-25型压缩疲劳试验机和HZXJ-005型阿克隆磨耗机，中国台湾高铁科技有限公司产品。

1.4 试样制备

胶料采用两段混炼工艺混炼，一段混炼工艺为：生胶或湿法母胶氧化锌、硬脂酸、防，停放4 h；二段混炼工艺为：一段混炼胶→促进剂、硫黄→薄通5次→下片。

1.5 性能测试

胶料性能按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

从母胶产品中随机取3个点对湿法母胶灰分质量分数进行测试，测试结果见表5。

表5 湿法母胶灰分质量分数测试结果

从表5可以看出，湿法母胶10#，20#和30#的3个测试结果均非常接近，且都在产品指标范围内，表明白炭黑在湿法母胶中的分布非常均匀。

2.2 基本配方性能对比

2.2.1 NR标准配方

NR标准配方胶料性能测试结果见表6。

从表6可以看出：随着硫化时间的延长，胶料的拉伸强度呈下降趋势；随着白炭黑比例的增加，胶料具有硬度增大、拉伸强度减小的趋势，但拉伸强度均在20 MPa以上。

表6 NR标准配方胶料性能

2.2.2 北橡院推荐配方

北橡院推荐配方胶料性能测试结果见表7。

从表7可以看出：随着硫化时间的延长，胶料的拉伸强度同样呈下降趋势；随着白炭黑比例增加，胶料的硬度呈增大趋势；在相同硫化条件下，湿法母胶20#的拉伸强度最大，湿法母胶30#次之，湿法母胶10#最低，表明白炭黑用量增大，可有效补强胶料，但用量较大时反而降低拉伸强度。北橡院推荐配方胶料性能明显优于NR标准配方胶料性能。

表7 北橡院推荐配方胶料性能

2.3 实用配方性能对比

2.3.1 高速胎面胶

高速胎面胶性能测试结果见表8。

从表8可以看出：1#和3#配方胶料的硬度相当，2#配方胶料略低；2#配方胶料的拉伸强度高于1#和3#配方胶料，且老化后拉伸强度均有所下降；老化前2#配方胶料的生热和压缩永久变形较低，1#和2#配方胶料的耐磨性和抗切割性相当；老化后3个配方胶料的耐磨性和抗切割性均下降。

表8 高速胎面胶性能

总之，湿法母胶在高速胎面胶配方中的性能与干法加白炭黑配方胶料的性能相当。

2.3.2 矿山胎面胶

矿山胎面胶性能测试结果见表9。

从表9可以看出：5#配方胶料的硬度较低；4#和6#配方胶料的拉伸强度相当，5#配方胶料略高；老化前5#和6#配方胶料的撕裂强度明显高于4#配方胶料，表明湿法母胶可以提高胶料的抗撕裂性能；5#配方胶料的切割减量低于4#和6#配方胶料，表明在矿山胎面胶中加入湿法母胶可以提高胶料的抗切割性能。

表9 矿山胎面胶性能

2.3.3 基部胶

基部胶性能测试结果见表10。

从表10可以看出：3个配方胶料的硬度、拉伸强度和拉断伸长率相当；老化前7#和8#配方胶料的撕裂强度相当，且明显低于9#配方胶料；3个配方胶料的生热较低，其中8#配方胶料最低。

表10 基部胶性能

2.3.4 带束层胶

带束层胶性能测试结果见表11。

从表11可以看出：10#和11#配方胶料的拉伸强度、拉断伸长率和回弹值相当，且略高于12#配方胶料；3个配方胶料的H抽出力相当。数据表明，湿法母胶应用于带束层胶中，与干法加入白炭黑的胶料性能相当。

表11 带束层胶性能

3 结论

（1）在基本配方中，湿法母胶随着硫化时间的延长，胶料的拉伸强度呈下降趋势；随着白炭黑比例的增加，胶料的硬度呈增大趋势。

（2）在高速胎面胶和矿山胎面胶配方中，20#母胶配方胶料的拉伸强度和撕裂强度较高，抗切割性能较好。

（3）在基部胶配方中，20#母胶配方胶料的生热最低，表明加入120份湿法母胶可以明显降低胶料的生热。

（4）在带束层胶配方中，3个配方胶料的H抽出力相当。

综上所述，湿法母胶胶料的性能与干法加入白炭黑的胶料基本相当，可以满足全钢载重子午线轮胎配方的使用要求。