新型环保二苯基二硫类金属塑解剂在农业子午线轮胎胎面胶中的应用

刘万兴，刘秀峥，杨延斌，王保磊，刘 东

（1.聊城市非公有制企业服务中心，山东 聊城 252000；2.聊城金歌合成材料有限公司，山东 聊城 252000）

由于天然橡胶（NR）具有高弹性、低塑性的特点，NR含量较高的轮胎配方胶料在生产时加工较为困难，因此经常需要进行塑炼[1-2]。由于塑炼时间长，炼胶的能耗随之上升，也不利于各种配合剂在胶料中的分散[3-5]。

二苯基二硫类金属塑解剂是一种环保型塑解剂。该产品是以2，2′-二苯甲酰胺基二苯基二硫化物（DBD）为主体，添加金属盐等活性剂，相较于纯DBD，其塑解性能更优，对NR的塑解有更好的加速作用[6]。在以NR为主体的配方中只需少量添加该塑解剂就可以获得良好的塑解效果，同时可以有效地降低炼胶的能源消耗[7-8]。

本工作主要研究新型环保二苯基二硫类金属塑解剂在农业子午线轮胎胎面胶中的应用。研究新型环保二苯基二硫类金属塑解剂对高NR含量胶料的硫化特性、物理性能、炼胶能耗和炭黑分散性等的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，牌号SVR3L，越南进口产品；丁苯橡胶（SBR），牌号1502，中国石油抚顺石化分公司产品；炭黑N220，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；二苯基二硫类金属塑解剂，聊城金歌合成材料有限公司产品。

1.2 配方

生产配方：NR 80，SBR 20，炭 黑N220 58，氧化锌 6，硬脂酸 2.5，操作油 6，防老剂5，硫黄和促进剂 2.7。

试验配方：加入0.3份二苯基二硫类金属塑解剂，其他组分和用量与生产配方一致。

1.3 主要设备和仪器

X（S）K-160型开炼机和GK270型密炼机，大连橡胶塑料机械股份有限公司产品；Φ660型开炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；XSM-1.5型智能实验室密炼机，青岛科高橡塑机械有限公司产品；MV2-90E型门尼粘度仪，无锡蠡园电子化工设备有限公司产品；QLB-25 t型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂产品；TCS-2000型电子拉力试验机，高铁检测仪器有限公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 小配合试验

小配合试验胶料分2段混炼，一段混炼在XSM-1.5型智能实验室密炼机中进行。混炼工艺为：生胶→破胶50 s→小料→压压砣（40 s）→炭黑和操作油→压压砣（50 s）→提压砣（10 s）→压压砣（40 s）→提压砣清扫→压压砣（30 s）→提压砣→压压砣（30 s）→提压砣→排胶。二段混炼在X（S）K-160型开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶包辊→硫黄和促进剂→左右通刀割胶打卷4次→打三角包5次→调辊距薄通→打卷4次后下片。

1.4.2 大配合试验

大配合试验胶料分2段混炼。一段混炼在GK270型密炼机中进行，转子初始转速为53 r·min-1。混炼工艺为：生胶、小料和一半炭黑→压压砣（20 s）→提压砣→剩余一半炭黑→转速降至47 r·min-1→压压砣（20 s）→环保芳烃油→压压砣（30 s）→提压砣→压压砣（30 s）→排胶。二段混炼在1#Φ660型开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶捣炼80 s→降温至115 ℃→转移到2#Φ660型开炼机→捣炼250 s→降温至105℃→硫黄、促进剂和预分散母胶颗粒→捣炼400 s→排胶。

小配合和大配合试验终炼胶均采用平板硫化机硫化，硫化条件为143 ℃×55 min。

1.5 性能测试

胶料的各项性能均按相应的国家或企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 小配合试验

2.1.1 硫化特性

小配合试验混炼胶的硫化特性如表1所示。

从表1可以看出：与生产配方胶料相比，加入塑解剂后，试验配方胶料的门尼粘度均值由68降至62，下降了8.8%，效果较为明显；门尼焦烧时间、t10和t90与生产配方胶料基本保持一致。

表1 小配合试验混炼胶的硫化特性

2.1.2 物理性能

小配合试验硫化胶的物理性能如表2所示。

从表2可以看出：与生产配方硫化胶相比，加入塑解剂的试验配方硫化胶的硬度和300%定伸应力相当，拉伸强度稍有降低，拉断伸长率、撕裂强度和阿克隆磨耗量稍有增大；老化后试验配方硫化胶的性能变化趋势与老化前一致。连续生产过程中不同车次的试验配方硫化胶的各项性能偏差小于生产配方硫化胶，物理性能的均匀性有一定程度的提高。

表2 小配合试验硫化胶的物理性能

2.2 大配合试验

2.2.1 炼胶能耗

大配合试验胶料的炼胶能耗如表3所示。

表3 大配合试验胶料的炼胶能耗

从表3可以看出：与生产配方胶料相比，加入二苯基二硫类金属塑解剂的试验配方胶料在混炼时，瞬间最大电流由1 390 A降至1 334 A，下降了约4%；单车炼胶时间由239 s缩短至224 s，缩短了约6%；单车炼胶能耗由19 kW·h降至17 kW·h，下降了约10%。

2.2.2 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，大配合试验结果与小配合试验结果基本保持一致。

表4 大配合试验混炼胶的硫化特性

2.2.3 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，大配合试验硫化胶的物理性能、物理性能均匀性以及老化后性能保持率与小配合试验结果基本保持一致。

表5 大配合试验硫化胶的物理性能

2.2.4 炭黑分散性

大配合试验胶料的炭黑分散性试验结果如图1所示。

从图1可以看出，加入二苯基二硫类金属塑解剂后，试验配方胶料的炭黑分散性优于生产配方胶料。

图1 大配合试验胶料的炭黑分散性

2.3 成品性能

采用试验配方试制420/85R28 R1农业子午线轮胎，按照GB/T 1192—2017《农业轮胎技术条件》要求进行胎面胶的性能测试，并与生产配方成品轮胎进行胎面胶物理性能对比，结果如表6所示。

从表6可以看出，试验配方成品轮胎胎面胶的物理性能与生产配方成品轮胎基本一致。

表6 成品轮胎胎面胶性能测试结果

3 结论

在农业子午线轮胎胎面胶中加入少量的二苯基二硫类金属塑解剂后，与生产配方胶料相比，试验配方混炼胶的门尼粘度下降，加工性能改善，门尼焦烧时间、t10和t90变化不大；硫化胶的硬度和300%定伸应力相当，拉伸强度稍有降低，拉断伸长率、撕裂强度和阿克隆磨耗量稍有增大，物理性能的均匀性和炭黑分散性有一定程度的提高，炼胶能耗降低。