白炭黑在阻燃轮胎胎面胶中的应用

佘腾龙

（贵州轮胎股份有限公司，贵州 贵阳 550008）

在焦炭厂、金属冶炼厂等高温作业场地，工程机械车辆需要装配耐高温性能和阻燃性能优异的轮胎。

目前市场上的橡胶阻燃剂众多，按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂通过机械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性能，主要按照有机阻燃剂和无机阻燃剂，或者卤系阻燃剂（有机氯化物和有机溴化物）和非卤阻燃剂分类[1-3]。有机阻燃剂是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及其化合物为代表的阻燃剂，无机阻燃剂主要包括三氧化二锑、氢氧化镁[4-5]、氢氧化铝、硅系等阻燃体系。反应型阻燃剂则作为一种单体参与聚合反应，从而使聚合物本身含有阻燃成分，其优点是对聚合物材料使用性能影响较小，阻燃性能持久。

在众多阻燃剂中，唯有白炭黑是橡胶传统的填充剂，不会对橡胶性能带来负面影响[6-7]，因此，本研究将白炭黑应用到阻燃轮胎胎面胶中，以期得到阻燃性能优异的轮胎。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国普吉宏曼丽（橡胶）有限公司产品；高分散性白炭黑，牌号VN3，德国赢创德固赛公司产品；炭黑N234，江西黑猫炭黑股份有限公司产品。

1.2 配方

白炭黑阻燃轮胎胎面胶配方如表1所示。

表1 白炭黑阻燃轮胎胎面胶配方 份

1.3 主要设备和仪器

3 L密炼机和F270型密炼机，美国法雷尔公司产品；LJ-150型开炼机，青岛巨融机械技术有限公司产品；PX-420型密炼机，意大利Pomini公司产品；LP3000型平板硫化机，德国MonTech公司产品；MV2000型门尼粘度仪和MDR2000型无转子硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；T2000E型电子拉力机，北京友深电子仪器有限公司产品；JF-3型氧指数检测仪，北京中航鼎力仪器设备有限公司产品。

1.4 混炼工艺

1.4.1 小配合试验

小配合试验胶料在3 L密炼机上采用一段法进行混炼，转子转速为80 r·min-1，混炼工艺为加入橡胶及除硫黄、促进剂和防焦剂外所有小料→压压砣30 s→加入全部炭黑和白炭黑→压压砣→110℃提压砣→155 ℃排胶；在开炼机上加硫黄和促进剂，薄通6次，打1个卷后下片。

1.4.2 大配合试验

大配合试验胶料采用四段混炼工艺混炼，一至三段混炼在PX-420型密炼机中进行，每段混炼之间胶料停放8～12 h。一段混炼转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为加入生胶→全部炭黑和白炭黑→氧化锌等小料→110 ℃提压砣→155 ℃排胶；二段混炼转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为加入一段混炼胶→剩余小料→150 ℃排胶；三段混炼转子转速为25 r·min-1，混炼工艺为加入二段混炼胶→145 ℃排胶。四段混炼在F270型密炼机中进行，转子转速为20 r·min-1，混炼工艺为加入三段混炼胶、硫黄、促进剂等→105 ℃排胶。

1.5 性能测试

各项性能均按照相应的国家标准进行测试。

2 结果与分析

2.1 小配合试验

小配合试验胶料的各项性能如表2所示。

表2 小配合试验胶料的各项性能

从表2可以看出:2#和3#配方胶料的门尼粘度比1#配方胶料增大，2#配方胶料增大较小，3个配方胶料的应力松弛斜率的绝对值相近；3个配方胶料的t5相当，说明3个配方胶料的加工性能和焦烧安全性变化不大。3#配方胶料的Δt30和t10，t50，t90均最长，表明其操作安全性最好。

从表2还可以看出:3个配方胶料的定伸应力和拉伸强度均比较接近；3#配方胶料的氧指数最大，阻燃性能最好。

2.2 大配合试验

大配合试验胶料的各项性能如表3所示。

表3 大配合试验胶料的各项性能

从表3可以看出:3个配方胶料大配合试验结果与小配合试验结果一致性很好；3#配方胶料的阻燃性能最好。

2.3 成品轮胎道路试验

采用阻燃性能最好的3#配方制备成品轮胎进行道路试验，路试地点为某钢铁冶炼厂，轮胎规格为23.5R25装载机轮胎，作业环境如图1所示。经过2个月对比试验，结果如图2所示。

图1 试验轮胎路试作业环境

从图2可以看出，道路试验结束后，1#配方（原始配方）成品轮胎胎面已经燃烧得可见带束层钢丝；3#配方成品轮胎胎面胶完好，阻燃效果非常明显。

图2 成品轮胎阻燃效果

3 结论

将白炭黑作为添加型无机阻燃剂应用于阻燃轮胎胎面胶中，胎面胶的阻燃性能明显提高，其余性能无明显下降。将该胎面胶配方轮胎用于焦炭厂、金属冶炼厂等工况环境可以有效阻止轮胎燃烧，在延长轮胎使用寿命的同时，还能避免车辆火险的发生。