活性氧化锌应用于子午线轮胎胎面配方

张宁，王宗环，吴洪阳，曹进忠，潘存孝，李海艳

(1.山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东 枣庄 277300； 2.山东八亿轮胎制造有限公司，山东 薛城 277500)

欧盟对轮胎环保的要求日益严苛，以便降低橡胶工业发展对生态环境的影响，硫黄硫化体系中氧化锌这种助剂是不可缺少的硫化活性剂，氧化锌中可溶性锌化合物对水生物有害，对环保有负向作用。欧美有研究称，地下水中的锌多源于轮胎磨损和废轮胎的橡胶粒子，橡胶粉尘和粒子中含大量锌，会对水环境产生长期的不良影响，对环境有害。欧盟EcoZinc减锌计划要求胶料中的锌含量必须降到最低，因此减少轮胎胶料中氧化锌的用量，己迫在眉睫。

活性剂氧化锌（环保型）NC105采用全新特殊工艺生产，以活性氧化锌为包覆层，纳米碳酸钙为核，其比面积可达到20～30 m2.g，可作为轮胎中高效活性剂等量替代氧化锌，氧化锌含量可降低40%～50%，可达到欧盟REACH法规对锌含量的环保要求，是间接法氧化锌非常理想的替代品。在保持胶料综合性能不变的情况下，其环保特性和价格优势较为明显。本文主要研究活性氧化锌（环保型）NC105应用在子午线轮胎胎面胶配方中。

1 实验部分

1.1 主要原材料及助剂

NR天然橡胶 20#标准胶，TSR20泰国进口；黑炭黑N326，卡博特公司；硬脂酸SAD，益海嘉里投资有限公司；间接法氧化锌ZnO，淄博海顺锌业有限公司；抗撕裂树脂，山东摩尔化工有限公司；防老剂RD，山东尚舜化工有限公司；硫磺S、促进剂CBS 山东阳谷华泰化工股份有限公司，其他均为市售产品。

1.2 胎面混炼胶的制备

子午线轮胎胎面胶配方详见表1，其中1#配方为生产配方，2#、3#为试验配方，2#试验配方除用3.6份 活性剂氧化锌（环保型）NC105等量替代普通间接法氧化锌外，其他组分及用量与生产配方一致；3#试验配方:除用1.8份环活性剂氧化锌（环保型）NC105替代50%普通间接法氧化锌外，其他组分及用量与生产配方一致。

表1 胎面混炼配方

小配合混炼胶的制备：在密炼机（X(S)M-1.5X型密炼机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司）中加入橡胶，温度为70 ℃，转速为70 r/min，塑炼1 min后加入白炭黑和环保芳烃油V700，密炼120 s，在150 ℃排胶得到了母炼胶。然后在开炼机（XK-160型开炼机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司）上加入母炼胶、促进剂和硫化剂，然后混炼3 min出片后得到混炼胶，放置24 h备用。

大配合混炼胶的制备：

车间大料试验工艺采用SSM低温一步法炼胶工艺，天然橡胶（20#标胶）等生胶料与硬脂酸、硫磺、促进剂CBS、防焦剂CTP等小料在XM370型密炼机中进行预混合混炼，然后排胶到XM305型开炼机（双驱全自动）上，初步塑炼并压制成片，然后分流给4组全自动混炼开炼机进行进一步混炼，胎侧胶料在每组混炼开炼机上进行自动混炼，过程包含补充混炼、胶料冷却、胶料收取等步骤。

硫化胶的制备：采用平板硫化机（XLB-400-400型四立柱平板硫化机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司）进行硫化得到硫化胶，硫化温度为 155 ℃，压力为 16 MPa， 硫化时间为38 min。

然后测试各项性能,标准执行相应的国家标准。

1.3 测试与表征

间接法氧化线和活性剂氧化锌（环保型）NC105的 物 理 性 能 分 别 按 照 GB / T3185—2016、 GB / T19589—2004 进行测定；硫化特性按照 GB/6584 —1996进行测定;门尼黏度按照 GB/T1232.1—2016 进行测定;硬度按照 GB T531.1—008 进行测定;拉伸性能按照 GB/T528—2009进行测定;撕裂强度按照 GB /T529—2008 进行测定;炭黑分散等级按照 GB/T60302006 进行测定;屈挠龟裂性能按照 GB / 13934—2006 进行测定。

2 结果与讨论

2.1 物理化学数据分析

间接法氧化锌和活性氧化锌(环保型)NC105均为白色粉末，其的物理和化学性能，详见表2(间接法氧化锌的物理和化学性能标准及检测结果)和表3[活性氧化锌（环保型）NC105的物理和化学性能标准及检测结果]。

从表2、表3我们可以看出，间接法氧化锌和活性氧化锌（环保型）NC105的物理和化学性能均达到企业标准要求,且后者的重金属含量符合《关于限制在电子电气设备中使用某些有害成分的指令》(RoHS)要求，同时锌含量明显比普通间接法氧化锌低，且比表面积远大于间接法氧化锌。

表2 间接法氧化锌的物理和化学性能标准及检测结果

表3 活性氧化锌（环保型）NC105的物理和化学性能标准及检测结果

2.2 小配合试验

2.2.1 胶料的硫化特性

混炼胶硫化特性如表4所示。

从表4我们可以看出，与生产1#配方胶料相比，2#试验配方和3#试验配方胶料的门尼黏度高3个值；ML略高，MH略低，t10略高，t50和t90略低，总体数值变化不大。说明硫化速率与生产配方基本接近。

表4 小配合试验胶料的硫化特性

2.2 胶料的物理性能

硫化胶料的物理性能如表5所示

从表5我们可以看出，与生产1#配方胶料相比2#试验配方和3#试验配方胶料的邵尔A型硬度值略高1～2个值；100%定伸应力、200%定伸应力、300%，定伸应力数值略有提高，但差异很小；拉伸强度和断裂伸长率无明显变化；永久变形2#试验配方略佳，撕裂强度3#试验配方略佳，回弹性略微降低，磨耗性性试验配方略优于1#生产配方。

表5 小配合试验胶料的物理特性

2.3 大配合试验

2.3.1 大配合胶料的硫化特性

从表6我们可以看出，与生产1#配方胶料相比，2#试验配方和3#试验配方胶料的门尼黏度高5个值，加工性能略有降低；ML略高约为6%～8%，MH略低约为1%～2%，t10略高，t50和t90略低约为4%，总体数值变化趋势与小配合一致，说明硫化速率与生产配方基本接近。

表6 大配合试验胶料的硫化特性

2.3.2 大配合胶料的物理性能

从表6我们可以看出，与生产1#配方胶料相比，3#试验配方胶料的邵尔A型硬度值略高1个值；100%定伸应力略高约为5%、200%定伸应力略高约为2.7%、300%定伸应力无差异；拉伸强度和断裂伸长率无明显变化；永久变形2#试验配方略佳，撕裂强度3#试验配方略佳，回弹性略微降低约为2%～5%，磨耗性性2#试验配方和3#试验配方，略优于1#生产配方提升约为5%～6%。试验结果表明，1#生产配方、2#试验配方和3#试验配方，胶料的各项性能基本处于同等水准，与生产配方胶料差异不明显，且部分性能优于生产配方，耐磨性从胶料性能判断约提升5%～6%。

2.4 成品、工艺性能

终炼胶料分别进行半部件的压出、成型、硫化等制造工序未发现异常反馈，试验配方压出过程生产正常，试验配方胶料半制品部件压出表面平整光滑、尺寸稳定、粘性以及气体率均满足现场生产工艺要求；成型、硫化制造生产工艺良好，试验配方半制品接头粘性和胎坯挺性良好。试制的成品轮胎，按照国家标准进行耐久性能测试，试验表明:轮胎耐久测试运行47 h未损坏(国家标准≥47 h)，满足国家标准要求。

表7 大配合试验胶料的物理特性

3 结论

（1）试验测试结果显示，活性氧化锌（环保型）NC105等量替代间接法氧化锌应用在子午线轮胎胎面胶配方中，胶料的各项性能无明显差异变化，可保证成品轮胎的使用性能，且从胶料磨耗性能方面分析，其性能提升约5%～6%。

（2）从环保角度考虑，活性氧化锌（环保型）NC105等量替代间接法氧化锌应用在子午线轮胎胎面胶配方中，可减少约为32%的锌含量，可有效降低轮胎中重金属的含量，满足环保需求，可有效的应对欧盟法规。