防老剂STMQ pro在全钢子午线轮胎配方中的应用

2023-09-14 02:14邵长仲
橡塑技术与装备 2023年9期
关键词:防老剂机械性能硫化

邵长仲

(山东能源枣矿八亿橡胶公司,山东 枣庄 277099)

1 实验

1.1 主要原材料

天然胶NR,SMR20,马来西亚产品;顺丁胶BR,牌号9000,中国石油化工股份有限公司北京燕山分公司产品;防老剂 RD 圣奥化学科技有限公司;防老剂STMQ pro圣奥化学科技有限公司

1.2 配方

配方一:SMR20 100,炭黑N234 53,硬脂酸和氧化锌 5,硫黄和促进剂 2.6,白炭黑及其他 12.8。

配方二:SMR20 50,BR9000 50,炭黑N234 53,硬脂酸和氧化锌5,硫磺和促进剂 2.6,白炭黑及其他12.8。

1.3 主要设备和仪器

XK-150型开放式炼胶机,广东湛江机械厂有限公司产品;XLB-D型平板硫化机,浙江湖州东方 机械有限公司产品;LX-A型邵氏A型硬度计,江都市腾达试验仪器厂有限公司产品;RPA2000橡胶加工分析仪和disperGRADER+型炭黑分散仪,美国阿尔法科技有限公司产品;401AB型老化试验箱,上海实验仪器有限公司产品;GT-7012-A型阿克隆磨耗机,GT-7080-S2型MOONEY黏性测试仪、GTM2000-A型无转子密闭模硫变仪GT-XS-225A型微电脑比重天平,GT-7012-D型辊筒式磨耗试验机,GT-RH-2000型压缩生热试验机、GT-AI7000M型电子拉力试验机和GT-7042-RE型回弹性实验机,高铁检测仪器(东莞)有限公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 配方一

母胶混炼工艺:生胶(55 r/min)→加压(15 s)→药、炭同时加入(转速45 r/min)→加压至120℃→升栓(转速35 r/min)→加压至140 ℃→升栓(转速30 r/min)→加压至160 ℃→升栓排胶(转速55 r/min,排胶10 s)。

终炼混炼工艺:母胶、小料(20 r/min,保持10 s)→加压(18 r/min,25 s)→升栓→加压(25 s)→升栓(16 r/min)→加压(15 s)→升栓→加压(10 s)→排胶(能量9或100 ℃)

1.4.2 配方二

母胶混炼工艺:生胶(转速55 r/min)→加压(25 s)→小药、炭黑同时加入→加压至115 ℃→升栓(转速45 r/min)→加压至140 ℃→升栓(转速40 r/min)→加压至160 ℃→升栓排胶(转速55 r/min,排胶时间8 s)。上顶栓压力6 kg/cm²。

终炼混炼工艺:母胶、小料(21 r/min)→保持(8 s)→加压(25 s)→升栓(16 r/min)→加压(25 s)→升栓→加压(15 s)→升栓→加压(10 s)→排胶(能量9.3或100 ℃,20 r/min)

1.5 性能测试

胶料各项性能按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 配方一

为了初步验证STMQ pro的替代比例,设置以下三个方案.方案一:使用1份防老剂RD。方案二:使用50%的STMQ pro替代防老剂RD使用。方案三:使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用。配方一结果如下:

2.1.1 配方一的硫化特性

从配方一试验硫化性能方面看(表1),三个方案的大转矩基本一致,后两个方案的t90比方案一长0.5 min左右。可见STMQ pro对纯天然胶配方的终炼胶的硫化速度、大转矩基本没有影响。

表1 配方一的硫化速度 (151 ℃×60 min)

2.1.2 老化前的物理机械性能

从老化前物理机械性能看(表2),方案二和方案三的扯断强度和300%定伸应力略高于方案一,其中方案三的扯断强度和300%定伸应力比方案一高5%,其余各项性能三个方案一致。说明使用STMQ pro配方老化前的物理机械性能略优于使用RD的配方。

表2 配方一胶料老化前的物理机械性能

2.1.3 老化后48 h的物理机械性能

从老化后物理机械性能看(表3),方案三的扯断强度和撕裂强度略高于方案一,相对体积磨耗量低于方案一,磨耗性能有所提升,其余各项性能三个方案一致。说明使用STMQ pro配方老化后的物理机械性能优于使用RD的配方,并且磨耗有一定程度的提升。

表3 配方一胶料老化后48 h的物理机械性能

2.1 4RPA-2000检测结果

(1)Payne效应

检测条件:

Ready:Temperature 70 ℃;Preheat Time 0.00 min

Stability:Time 0.10 min;Temperature 1.0 ℃

Delay:Time 3.00min;Temperature 70 ℃;Freque ncy0.00CPM;Angle0.00Deg

Strain:Temperature 70 ℃;Frequency 1.00Hz;An gle 0.07~100.00 Deg

检测结果:

从Payne效应方面看(表4、表1),试验样硫化前的储能模量略低,在小形变下储能模量低10%左右,说明STMQ pro对填料在橡胶的分散具有一定的促进作用。

表4 配方一Payne效应检测数据

(2)温度扫描

检测条件

Ready:Temperature151 ℃;Preheat Time0.00 min

Stability:Time 0.20 min;Temperature 100 ℃

Timed:Time 1.00 min;Temperature 151 ℃;F requency 30.00CPM;Angle0.20 Deg

Cuer:Time 30min;Temperature 151 ℃;Frequency 100.00CPM;Angle0.50Deg

Delay:Time 1.00min;Temperature 120 ℃;Fre quency 100.00CPM;Angle1.00Deg

Temp:Frequency 600.00CPM;Angle1.00Deg;Temperature 120~40℃

Delay:Time 0.50min;Temperature60℃;Frequ ency 50.00CPM;Angle0.50Deg

Strain:Frequency 600.00CPM;Temperature 60℃;Angle 0.05~5.00Deg

Delay:Time0.50 min;Temperature 80 ℃;Frequency 50.00CPM;Angle0.50Deg

Strain:Temperature 80 ℃;Frequency 600.00CPM;Angle 0.05~5.00Deg

检测结果:

从温度扫描方面看(表5、图2):方案二、方案三硫化后的储能模量明显高于方案一,高温情况下试验样的储能模量和正常样接近,但是也高于正常样,所以使用STMQ pro可以提高硫化后的终炼胶的储能模量。

表5 配方一温度扫描数据 (G’)

试验样硫化后的tanδ在低温条件下:方案二、方案三低于方案一,在高温条件下三个方案基本一致,说明使用STMQ pro可以略降低终炼胶的生热性能,如表6、图3所示。

表6 配方一温度扫描数据 (tanδ)

综上所述:STMQ pro对纯天然胶配方终炼胶的大转矩和硫化速度没有影响,三个方案老化前的物理机械性能均一致,方案三老化后的物理机械性能由于方案二和方案一,所以使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用,老化前后的物理机械性能相对较好。

2.2 配方二实验

通过配方一实验可以得出使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用,老化前后的物理机械性能相对较好。故使用该方案进行配方二实验,并进行双倍老化(48 h、96 h)对实验胶料进行物性检测。使用60%的STMQ pro为实验样。

2.2.1 配方二的硫化特性

从大料试验硫化特性方面看(表7),三个样品的大转矩基本一致,后两个方案的t90比正常样快1.5 min左右。同配方一实验相比,可知STMQ pro会提高含有合成胶(BR9000占比)比较高的终炼胶的硫化速度。

表7 配方二的硫化速度(151 ℃×60 min)

2.2.2 配方二胶料老化前的物理机械性能

从老化前的物理机械性能方面看(表8),试验样和正常样的各项性能基本一致,说明STMQ pro和普通防老剂RD在老化前对终炼胶的左右一致。

表8 配方二胶料老化前的物理机械性能

2.2.3 配方二48 h老化后的物理机械性能

推荐理由:故事新编系列可以说是《林汉达中国历史故事集》和《上下五千年》的母本,内容丰富,有一批老的读者,这些老读者现在多为爷爷奶奶和父母。语言风格是正宗的“林汉达风格”,“京味儿白话”是其主要特征。叙事一线贯穿,全书浑然为一体,一段段读下去就能了解一段历史。该书不但是一部优秀的历史读物,也是一部优秀的语文读物。

从48 h老化后的物理机械性能方面看(表9),老化后实验样的扯断强度、扯断伸长率和撕裂强度均高于正常样,其余各项性能试验样和正常样基本一致,说明老化48 h后使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用的终炼胶物理机械性能较好。

表9 配方二48 h老化后的物理机械性能

2.2.4 配方二96 h老化后的物理机械性能

从96 h老化后的物理机械性能方面看(表10),老化后实验样的扯断强度、扯断伸长率和撕裂强度均高于正常样,其余各项性能试验样和正常样基本一致,说明老化96 h后使用60%的STMQ pro替代防老剂RD使用的终炼胶物理机械性能较好。

表10 配方二96 h老化后的物理机械性能

2.2.5 RPA-2000检测结果

(1)Payne效应

检测条件:

Ready:Temperature 70 ℃;Preheat Time 0.00 min

Stability:Time 0.10 min;Temperature 1.0 ℃

Delay:Time 3.00min; Temperature 70℃; Frequ ency 0.00CPM;Angle0.00Deg

检测结果:

从Payne效应方面看(表11、图4),试验样硫化前的储能模量略低,在小形变下储能模量低5%左右,说明STMQ pro对填料在橡胶的分散具有一定的促进作用。

表11 配方二Payne效应检测数据

(2)温度扫描

检测条件

Ready:Temperature151℃;Preheat Time 0.00 min

Stability:Time 0.20 min;Temperature 100 ℃

Timed:Time 1.00 min;Temperature 151 ℃;Frequency 30.00CPM;Angle0.20 Deg Cuer:Time 30min;Temperature 151 ℃;Frequenc y 100.00CPM;Angle0.50 Deg Delay:Time 1.00min;Temperature 120 ℃;Frequ enc zy 100.00CPM;Angle1.00 Deg Temp:Frequency 600.00CPM;Angle1.00Deg;Temperature 120~40 ℃Delay:Time 0.50min;Temperature 60 ℃;Frequ ency 50.00CPM;Angle0.50 Deg Strain:Frequency 600.00CPM;Temperature 60 ℃;Angle 0.05~5.00 Deg Delay:Time 0.50min;Temperature 80 ℃;Freque ncy 50.00CPM;Angle0.50 Deg Strain:Temperature 80℃;Frequency 600.00CP M;Angle 0.05~5.00 Deg

检测结果:

从温度扫描方面看(表12、图5):低温下,试验样硫化后的储能模量明显高于正常样,高温情况下试验样的储能模量和正常样接近,但是也高于正常样,所以使用STMQ pro可以提高硫化后的终炼胶的储能模量。

表12 配方二温度扫描数据(G′)

表13 配方二温度扫描数据(tanδ)

试验样硫化后的tanδ低于正常样,比正常样低5%左右,说明使用STMQ pro可以略降低终炼胶的生热性能,如图13、图6所示。

图1 配方一Payne效应检测数据

图2 配方一温度扫描数据(G′)

图3 配方一温度扫描数据(tanδ)

图4 配方二Payne效应检测数据

图5 配方二温度扫描数据(G′)

图6 配方二温度扫描数据(tanδ)

综上所述:STMQ pro会加快合成胶含量较高的终炼胶的硫化速度,对老化前终炼胶的性能基本没有影响,老化后的扯断强度、扯断伸长率和撕裂强度高于正常样,对老化后终炼胶的性能有明显的提升,对终炼胶的分散性能有一定的影响,明显提高硫化后低温条件下的储能模量,对降低硫化后终炼胶的生热有一定的贡献。

3 结论

(1)STMQ pro对含有高顺胶的配方的硫化速度具有促进作用,对于纯天然胶配方的硫化速度没有影响。

(2)使用STMQ pro生产的终炼胶,老化前的物理机械性能和RD配方的基本一致,老化后的物理机械性能明显优于RD配方。

(3)使用STMQ pro生产的终炼胶老化后的磨耗性能同RD的配方相比提升了5%,耐屈挠龟裂性能一致。

(4)STMQ pro对胶料的分散性能具有一定的促进作用,提高了硫化后的储能模量,降低了硫化后终炼胶的生热性能。

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