不溶性硫黄Cure Pro在全钢子午线轮胎带束层胶中的应用

刘 琦，李 辉，李 剑

（1.宁夏神州轮胎有限公司，宁夏 平罗 753400；2.国家康复辅具研究中心 民政部智能控制与康复技术重点实验室，北京 100176）

轮胎带束层胶中需添加大量硫黄才能够达到预期的性能要求，但也由此带来硫黄喷霜的问题[1-3]。伊士曼化学有限公司研发出了不溶性硫黄HD OT20，有效地解决了带束层胶硫化前的喷霜问题，确保钢丝帘布表面的粘性不会下降[4-5]。

本工作采用伊士曼化学有限公司的新一代充油质量分数为0.1的不溶性硫黄Cure Pro等硫量替代国产或进口不溶性硫黄HD OT20，对比分析三者对全钢子午线轮胎带束层胶生产工艺和物理性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SMR20，马来西亚产品；炭黑N326，乌海黑猫炭黑有限责任公司产品；白炭黑，牌号175Gr，山西同德化工股份有限公司产品；氧化锌，扬州振中锌业有限公司产品；间苯二酚-甲醛树脂，牌号PN760，上海君宜化工有限公司提供；粘合促进剂，牌号HMMM，常州常京化学有限公司产品；不溶性硫黄，牌号HD OT20，伊士曼化学有限公司进口产品/江西建博士橡胶助剂有限公司国产产品；不溶性硫黄，牌号Cure Pro，伊士曼化学有限公司进口产品。

1.2 配方

NR 100，炭黑N326 50，白炭黑 10，氧化锌 8，间苯二酚-甲醛树脂 3，粘合促进剂 5，其他 6.8，不溶性硫黄 变品种、变量。

1#试验配方采用4.45份不溶性硫黄Cure Pro；2#生产配方采用5份进口不溶性硫黄HD OT20；3#参比配方采用5份国产不溶性硫黄HD OT20。

1.3 主要设备和仪器

BB-2型和BB430型密炼机，日本神户制钢所产品；XK-160型开炼机和XLB-800型平板硫化机，青岛先锐机电有限公司产品；XK-660型开炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；MV2000型门尼粘度仪、MD2000型无转子硫变仪和RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；LT5000型轮胎强度试验机，高铁检测仪器有限公司产品；GX-YLN-1212型轮胎耐久性试验机，青岛高校测控技术有限公司产品；3365型电子拉力机，美国英斯特朗公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 小配合试验

小配合试验胶料采用两段混炼工艺。一段混炼在BB-2型密炼机中进行（转子转速为60 r·min-1），混炼工艺为：生胶和小料→炭黑→排胶（间隔时间40 s，混炼温度达145 ℃或混炼时间达300 s）→开炼机薄通2遍→下片→停放2 h；二段混炼在XK-160型开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫化剂[辊筒温度为（45±5） ℃]→混炼均匀后打三角包8次→下片→停放8 h。终炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为151 ℃×30 min。

1.4.2 大配合试验

大配合试验胶料采用三段混炼工艺，混炼均在BB430型密炼机中进行。

一段混炼转子转速为40 r·min-1，压砣压力为13 MPa，混炼工艺为：生胶→小料→1/2炭黑→排胶（180 s）→停放2 h。二段混炼转子转速为45 r·min-1，压砣压力为13 MPa，混炼工艺为：一段混炼胶→剩余1/2炭黑→排胶（160 s）→停放2 h。终炼转子转速为22 r·min-1，压砣压力为12 MPa，混炼工艺为：二段混炼胶→硫黄和促进剂→排胶（180 s）→停放8 h。终炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为151 ℃×30 min。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按照相应国家或企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

3种不溶性硫黄的理化性能如表1所示。

从表1可以看出，不溶性硫黄Cure Pro的总硫质量分数、不溶性硫黄质量分数和热稳定性明显高于国产和进口不溶性硫黄HD OT20，不溶性硫黄Cure Pro的充油质量分数相对较小，其他化学性质无明显差异。

表1 3种不溶性硫黄的理化性能

2.2 硫黄分散度

硫黄分散度测试结果如表2所示。

表2 硫黄分散度测试结果

由表2可见，添加不溶性硫黄Cure Pro的胶料硫黄分散性较佳。

2.3 小配合试验

小配合试验胶料性能如表3所示。

表3 小配合试验胶料性能

从表3可以看出：1#配方胶料的门尼焦烧时间和t90较长，Fmax较大，老化前的钢丝粘合力较高；1#和2#配方胶料老化前后的撕裂强度均高于3#配方胶料；3个配方胶料其他性能相差不大。

2.4 大配合试验

大配合试验胶料性能如表4所示。

表4 大配合试验胶料性能

从表4可以看出，大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。

综合小配合和大配合的试验结果，1#配方胶料的综合性能相对优异，说明不溶性硫黄Cure Pro等硫量代替国产或进口不溶性硫黄HD OT20有利于提高混炼胶的加工性能和硫化胶的物理性能。

2.5 成品性能

选用1#配方试制4条12R22.5 18PR轮胎进行成品性能试验。

2.5.1 耐久性能

成品轮胎的耐久性试验方案和试验结果分别如表5和6所示。

表5 成品轮胎的耐久试验方案

从表6可以看出，采用添加不溶性硫黄CurePro的1#配方试制的试验轮胎的累计行驶时间和累计行驶里程较生产轮胎均有所延长，成品轮胎耐久性能提高。

表6 成品轮胎耐久性试验结果

2.5.2 高速性能

成品轮胎的高速性能试验方案和试验结果分别如表7和8所示。

表7 成品轮胎的高速性能试验方案

从表8可以看出，采用添加不溶性硫黄Cure Pro的1#配方试制的试验轮胎的累计行驶时间和累计行驶里程较生产轮胎无明显差异，成品轮胎高速性能相当。

表8 成品轮胎高速性能试验结果

2.6 成本核算

在全钢子午线轮胎带束层胶中应用新产品不溶性硫黄Cure Pro等硫量替代进口不溶性硫黄HD OT20，由于用量减小和单价降低，按照12R22.5 18PR轮胎计算,每条轮胎节约生产成本0.28元。目前该不溶性硫黄Cure Pro在我公司已经批量投入使用，按年产240万条轮胎计算，每年可为公司节约生产成本67.2万元。

3 结论

采用不溶性硫黄Cure Pro等硫量替代不溶性硫黄HD OT20应用于全钢子午线轮胎带束层胶，硫黄在胶料中的分散度提高，混炼胶的加工安全性提高，硫化胶的钢丝粘合力增强，成品轮胎的使用寿命延长，生产成本降低。