废旧轮胎再生胶在轿车子午线轮胎胎侧胶中的应用

徐文龙，宫亭亭，邱海强，徐 旗，李崇兵

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

《2021—2027年中国废轮胎行业竞争格局分析及发展趋势预测报告》数据显示：随着我国家用轿车的广泛普及和全国物流业的高速发展，我国机动车保有量逐年增大，2020年我国汽车保有量高达3亿辆，同比增长8.1%。汽车行业的蓬勃发展，使得汽车轮胎的产量急剧增长，同时废旧轮胎的数量也随之增长[1]。2020年我国废旧轮胎量高达2 000万t[2]。近几年由于轮胎的耐老化性能、强度和耐磨性能提升，造成废旧轮胎的处理更加困难。废旧轮胎在自然条件下很难降解，一般几十年也不会被分解，造成“黑色污染”[3]。

目前废旧橡胶回收利用方式主要有生产胶粉、原型利用、热能利用、热裂解、脱硫生产再生胶和轮胎翻新[4]。裂解炭黑、胶粉、再生胶都可作为轮胎生产的原材料使用，由于再生胶自身强力较高，且经脱硫后有一定活性，具有较好的应用前景。

橡胶是我国重要的战略资源和基础工业原料，同时我国也是橡胶消费大国，我国橡胶年消费量占世界的30%，但是我国天然橡胶（NR）资源比较匮乏，种植区域仅限海南、云南、广东3省的部分地区。我国85%的NR、24%的合成橡胶依赖进口[5]。2020年6月，工业和信息化部发布第21号公告《废旧轮胎综合利用行业规范条件》[6]，积极推进废旧轮胎循环利用。提高废旧轮胎资源循环利用水平对于缓解我国橡胶资源短缺局面、促进橡胶工业节能减排具有重要的战略和现实意义。

本工作研究废旧轮胎再生胶（以下简称再生胶）在轿车子午线轮胎胎侧胶中的应用，以助力轮胎企业降低生产成本。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，SMR20，马来西亚产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化燕山石化公司产品；炭黑N330，金能科技股份有限公司产品；再生胶，国内某再生胶公司产品。

再生胶的基本参数如下：外观 黑色质地均匀胶块，密度 1.717 Mg·m-3，加热减量 0.8%，灰分质量分数 7.2%，丙酮抽出物质量分数14.84%，门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]63，拉伸强度 7.8 MPa，拉断伸长率 280%。

1.2 配方

以轮胎行业常用胎侧胶配方体系作为基础及调整再生胶用量，所设计的配方A如下：NR 40，BR9000 60，炭黑N330 50，环保芳烃油 3，防老剂 3.5，其他 15。

配方B，C，D分别加入5，10和15份再生胶，其余组分及用量均同配方A。

1.3 主要设备和仪器

XK（S）-160型开炼机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司产品；V502H-18X型平板硫化机，美国WASBASH MPI公司产品；UM2050型门尼粘度仪，青岛育肯仪器有限公司产品；MDR 3000型无转子硫化仪，德国Montech公司产品；GTAI7000M型拉力试验机和GT-7042-RDHS数位式高温回弹值试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；FT-1200型压缩生热试验机和VR-7130型动态热机械分析（DMA）仪，日本上岛制作所产品。

1.4 试样制备

胶料混炼分两段进行。一段混炼在密炼机中进行，初始转子转速为65 r·min-1，混炼工艺为：生胶和再生胶（30 s）→1/2炭黑、硬脂酸、环保芳烃油（60 s）→剩余1/2炭黑和剩余小料（120 s）→调整转子转速为55 r·min-1，升温至150～155 ℃→排胶。胶料在开炼机上过辊（辊距3 mm）45 s，下片并停放24 h以上。

二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→混炼均匀→下片。

胶料在平板硫化机上硫化，硫化条件为161℃×20 min。

1.5 性能测试

胶料的性能测试按照相关国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

评估胶料的加工性能为车间生产的可实现性提供依据，胶料的加工性能和硫化特性见表1。

从表1可以看出，加入再生胶对胶料的门尼粘度和焦烧时间基本无影响。但随着再生胶用量的增大，胶料的硫化速度减慢，Fmax减小，原因可能是再生胶不参与硫化反应，再生胶用量增大，减小了硫化体系在配方中的占比。

表1 胶料的加工性能和硫化性能

在实际生产中，如果大量使用再生胶，需要考虑调整硫化体系，以满足轮胎的硫化工艺要求。在胎侧胶配方中加入5份再生胶对胶料的加工性能影响较小。

2.2 物理性能

胶料的物理性能测试结果见表2。

表2 胶料的物理性能

由表2可以看出：随着再生胶用量的增大，胶料的密度、硬度、拉断伸长率和撕裂强度（配方D除外）无明显变化；胶料的300%定伸应力、拉伸强度、回弹值呈现明显减小和耐屈挠性能呈现明显降低趋势。由于子午线轮胎对胎侧胶的耐屈挠性能要求较高，综合考虑分析，加入5份再生胶对胶料的物理性能影响较小。

2.3 动态力学性能

轮胎的使用性能如燃油经济性能、干湿地抓着性能、耐磨性能和噪声等的装车实测费用高、测试周期较长，因此轮胎行业常用胶料的动态力学性能来预测轮胎的整胎性能。胶料的DMA测试条件如下：拉伸模式，预拉伸 1%，动应变 0.25%，频率 10 Hz，温度扫描范围 －60～80 ℃。胶料的动态力学性能测试结果见表3。

通常用60 ℃时的损耗因子（tanδ）来预测胶料的滚动阻力，tanδ越小，胶料的滚动阻力越小。由表3可知：添加再生胶对胶料的玻璃化温度影响不大；添加5份再生胶后，胶料的60 ℃时的tanδ变化不大；再生胶用量增大到10份以后，胶料的60 ℃时的tanδ明显增大，即胶料的生热增大，对轮胎的滚动阻力不利。

表3 胶料的动态性能测试结果

综上所述，加入5份再生胶，对胶料各方面性能影响较小。

2.4 成品轮胎性能

选择配方A和B制备205/55R16 91V轮胎。随机抽取2个方案的成品轮胎，按照GB/T 4502—2016《轿车轮胎性能室内试验方法》进行轮胎的高速性能和耐久性能测试，结果分别见表4和5。

表4 轮胎的高速性能测试结果

表5 轮胎的耐久性能测试结果

由表4和5可见，两个方案轮胎的高速性能和耐久性能相当，均达到国家标准要求。

3 结论

（1）加入再生胶对胶料的门尼粘度和焦烧时间基本无影响，但是随着再生胶用量的增大，胶料的硫化速度减慢，Fmax减小。

（2）随着再生胶用量的增大，胶料的密度、硬度、拉断伸长率和撕裂强度无明显变化，300%定伸应力、拉伸强度、回弹值明显减小，耐屈挠性能明显下降，加入5份再生胶对胶料的物理性能影响较小。

（3）添加5份再生胶对胶料的60 ℃时的tanδ无明显影响，再生胶用量增大到10份以后，胶料的60℃时的tanδ明显增大。

（4）在胎侧胶中添加5份再生胶，对成品轮胎的高速性能和耐久性能影响不大，轮胎的性能满足国家标准要求。

此外，再生胶的成本较低，使用后可降低轮胎生产的整体成本。