硫酸钡在全钢子午线轮胎下三角胶中的应用

黄仙红，苏忠铁，陈家辉，胡善军，吕志文，胡金龙，韩启龙

（中策橡胶集团股份有限公司，浙江 杭州 310018）

随着国内全钢子午线轮胎的发展趋于缓和，客户选择轮胎越来越注重高性价比，降低轮胎成本成为各轮胎企业的立足理念之一。

无机填料作为低成本填充材料在轮胎行业的应用越来越广泛，如白炭黑降低滚动阻力，提高抗湿滑性能；层状结构的无机填料气体阻隔性优异，可用于轮胎气密层中[1]。目前应用较多的无机填料以炭黑和白炭黑[2-6]为主，其余有碳酸钙[7]、高岭土[8]、陶土[9]以及近年来出现的新型无机填料如次石墨粉[10]、硅格粉[11]等。无机填料应用于橡胶中具有降低生热、改善加工性能等作用[12]。硫酸钡来源于自然界的矿物质重晶石，因其具有吸收X射线和伽马射线的性能，医学上常用于放射学检查造影剂[13]；作为无机填料硫酸钡在橡胶工业中也具有应用前景，研究表明硫酸钡应用于气密层胶可提高其耐屈挠龟裂性能[14]。

本工作研究硫酸钡在全钢子午线轮胎下三角胶中的应用，以期利用硫酸钡的性价比优势，降低下三角胶的成本，提高产品竞争力。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；硫酸钡，杭州富阳白玉化工有限公司产品；丁苯橡胶（SBR），牌号1500以及炭黑，市售品。

1.2 配方

生产配方（用量/份）：NR 70，SBR 30，炭黑110，氧化锌 3，硬脂酸 2，防老剂4020和RD 2，硫黄 3.5，促进剂CBS 2，其他 18.8。

试验配方（用量/份）：NR 70，SBR 30，炭黑105，硫酸钡 30，氧化锌 3，硬脂酸 2，防老剂4020和RD 2，硫黄 3.5，促进剂CBS 2.3，其他 18.8。

1.3 主要设备和仪器

XK-160型开炼机，无锡第一橡塑机械有限公司产品；2.5 L小型密炼机，佰弘机械（上海）有限公司产品；F370型和F270型密炼机，桂林橡胶机械有限公司产品；MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；XLB-D型平板硫化机，湖州宏侨橡胶机械有限公司产品；GT-TCS-2000-G型电子拉力试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；动态热机械分析（DMA）仪，德国耐驰仪器公司产品。

1.4 试样制备

小配合试验采用两段混炼工艺，一段混炼在2.5 L小型密炼机中进行，转子转速为80 r·min-1。混炼工艺如下：生胶（30 s）→炭黑、硫酸钡和小料→压压砣（50 s）→提压砣清扫→芳烃油、增粘树脂→压压砣至150 ℃→排胶，在开炼机上下片。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CBS→左右割刀各3次→薄通、打三角包6次→出片。

大配合试验采用3段混炼工艺，一段和二段混炼均在F370型密炼机中进行，三段混炼在F270型密炼机中进行。3段混炼转子转速分别为50，45，30 r·min-1。

一段混炼工艺如下：加生胶及2/3炭黑→压压砣（30～35 s）→提压砣（125 ℃）→加软化剂芳烃油→压压砣（30～35 s）→提压砣→压压砣至155℃→排胶。

二段混炼工艺如下：加一段混炼胶、1/3炭黑和硫酸钡→压压砣（30～35 s）→提压砣（125 ℃）→加软化剂和树脂等→压压砣至155 ℃→排胶。

三段混炼工艺如下：加二段混炼胶、硫黄和促进剂→压压砣（30 s）→提压砣→压压砣（35 s）→提压砣→压压砣至105 ℃→排胶。

胶料在平板硫化机上硫化，硫化条件为151 ℃×30 min。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

硫酸钡的理化分析结果见表1。

表1 硫酸钡的理化性能

从表1可以看出，硫酸钡的各项理化性能均达到指标要求。

2.2 小配合试验

小配合试验结果见表2。

从表2可以看出：与生产配方胶料相比，试验配方胶料的FL减小，Fmax增大，可能原因为促进剂用量的增大，导致胶料的交联密度增大，表明硫酸钡的加入对胶料的加工性能无负面影响；试验配方胶料的t10和t90相差不大，硫化返原略快；与生产配方硫化胶相比，试验配方硫化胶的密度明显增大、邵尔A型硬度略增大、定伸应力相当、拉伸强度略减小。表明硫酸钡对胶料无明显补强作用，其主要发挥填充作用，导致含胶率下降，补强作用减弱。

表2 小配合试验结果

从表2还可以看出：与生产配方硫化胶相比，试验配方硫化胶60 ℃时的tanδ略减小，表明试验配方硫化胶的滚动阻力小，生热低；试验配方硫化胶的热导率增大，分析认为，下三角胶中加入导热性能好的硫酸钡能提高胶料的热导率，有助于对胎圈部位积累高热量的传导，对减缓胎圈损坏有益。

2.3 大配合试验

大配合试验结果见表3。

从表3可以看出，大配合试验胶料的硫化特性和物理性能变化趋势与小配合试验胶料基本一致。综合来看，加入30份硫酸钡对下三角胶整体物理性能影响不大，但胶料的导热性能提升明显，胶料的密度大、体积小、致密性好，硫酸钡是下三角胶类高填充部件的优良填料。

表3 大配合试验结果

2.4 工艺性能

采用大配合试验胶料进行工艺性能评价，压出制品的表面见图1。从图1可以看出，试验胶料压出制品的表面光滑，成型时未出现工艺问题。

图1 压出制品的表面

2.5 经济性

硫酸钡来源于自然界，价格低廉，用作下三角胶的填料，可有效降低成本。在对试验配方下三角胶性能影响不大的前提下，可降低成本0.57元·kg-1，以12.00规格的轮胎计算，每条轮胎可降低成本约0.9元，以年产150万条轮胎计算，一年可节约成本135万元。

3 结论

（1）与生产配方胶料相比，试验配方胶料的FL减小，Fmax增大，即试验配方胶料的交联密度增大；试验配方胶料的t10和t90相差不大，硫化返原略快。

（2）与生产配方硫化胶相比，试验配方硫化胶的密度明显增大、硬度略增大、定伸应力相当、拉伸强度略减小；60 ℃时的tanδ略减小，可降低生热；热导率增大，导热性能提高。

（3）在全钢子午线轮胎下三角胶中使用硫酸钡部分替代炭黑，对胶料性能影响不大，硫酸钡价格较低，经济效益提升显著。