促进剂XT580在无内胎巨型工程机械轮胎中的应用

2007-08-15

    目前,在胶料加工过程中会释放亚硝胺有毒气体的促进剂NOBS使用比例逐年减小,大多数轮胎生产企业选择促进剂CZ/DM并用或促进剂CZ/防焦剂CTP并用等为代用品,但硫化胶的生热较高,弹性和耐老化性能不够好。

    环保型硫化促进剂XT580是由伯胺类次磺酰胺与非胺类化合物复合而成,外观呈灰白色颗粒状,松散不发粘,不含吗啉基结构,在胶料硫化过程中不会释放亚硝胺。本工作研究促进剂XT580对不同胶料性能的影响及其在无内胎巨型工程机械轮胎中的应用效果。

    1  实验

    1.1  主要原材料

    NR3#烟胶片,门尼粘度[ML(1+4)100]68,泰国产品;BR,牌号9000,门尼粘度[ML(1+4)100]47,中国石油锦州石油化工公司产品;SBR,牌号1500,门尼粘度[ML(1+4)100]44,吉林化学工业股份有限公司产品;促进剂XT580,烟台新特耐化工有限公司产品。

    1.2  主要设备和仪器

    160mm×320 mm开炼机,青岛橡胶机械厂产品;GK270型密炼机,益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品;AI-7000S型电子拉力试验机和GT-M2000F型无转子硫化仪,台湾高铁科技股份有限公司产品。

    1.3  试样制备

    小配合试验胶料在开炼机上混炼。大配合试验胶料分两段混炼,均在密炼机中进行。一段混炼时转子转速为40 r·min-1,混炼工艺为:生胶→小料→炭黑→油→排胶。二段混炼时转子转速为20r·min-1,混炼工艺为:一段母炼胶→硫黄→促进剂→排胶。

    1.4  性能测试

    各项性能均按相应的国家标准或企业标准进行测试。

    2  结果与讨论

    2.1  理化分析

    促进剂XT580的理化分析结果见表1。从表1可以看出,促进剂XT580的理化性能达到国家标准要求,产品质量稳定。

    1  促进剂XT580的理化分析结果

项目

实测值

指标1)

初熔点/

90.3

80

灰分质量分数[(750±2)℃×2h)

0.0025

0.003

加热减量[(50-55)℃×3 h)/%

0.38

0.5

150μm筛余物质量分数

0.0004

 

    注:1)GB/T 8829-1988

    2.2  小配合试验

    2.2.1  促进剂XT580NRBRSBR胶料性能的影响

    促进剂XT580NOBSNRBRSBR胶料性能的影响见表2。从表2可以看出,以促进剂XT580等量替代NOBS3种胶料的t10t90基本相当,硫化胶的200%拉伸疲劳次数明显增加,其它性能接近。

    2  促进剂对不同胶料性能的影响

项目

1#配方

2#配方

3#配方

XT580

NOBS

XT580

NOBS

XT580

NOBS

145硫化仪数据

 

 

 

 

 

 

t10/min

10.5

10.4

8.0

7.8

10.8

9.8

t90/min

20.6

20.7

25.1

24.9

22.3

23.2

155硫化仪数据

 

 

 

 

 

 

t10/min

5.5

5.4

4.9

4.8

6.8

6.5

t90/min

10.8

10.9

15.3

15.2

13.7

13.2

165硫化仪数据

 

 

 

 

 

 

t10/min

3.7

3.5

3.4

3.0

3.8

3.7

t90/min

6.7

6.6

9.0

8.9

8.2

8.1

硫化时间(145)/min

30

30

40

40

35

35

密度/(Mg·m-3)

06

1.06

1.12

1.12

1.15

1.15

邵尔A型硬度/

43

42

65

65

70

69

300%定伸应力/MPa

2.5

2.2

10.9

10.1

21.6

21.1

拉伸强度/MPa

29.1

28.7

16.9

16.5

26.5

26.3

拉断伸长率/%

725

698

445

438

368

365

拉断永久变形/%

20

21

6

6

7

7

撕裂强度/(kN·m-1)

84

80

77

77

75

74

回弹值(29)/%

75

74

43

43

43

43

阿克隆磨耗量/cm3

 

 

0.021

0.034

0.200

0.220

200%拉伸疲劳次数

9162

8078

4844

3869

1990

1400

100×48h热空气老化后

 

 

 

 

 

 

拉伸强度/MPa

28.4

28.0

16.2

15.8

25.8

25.6

拉断伸长率/%

695

668

415

408

338

335

    注;1#配方为NR  100,氧化锌  5,硬脂酸  0.5,硫黄  3,促进剂XT580(NOBS)  12#配方为BR  100,炭黑N330  50,氧化锌  4,硬脂酸  2,防老剂RD  1,硫黄  1.5,促进剂XT580(NOBS)  0.753#配方为SBR  100,炭黑N330  50,氧化锌  3,硬脂酸  1,硫黄  1.75,促进剂XT580(NOBS)  2

    2.2.2  促进剂XT580用量对NR/BR并用胶性能的影响

    促进剂XT580用量对NR/BR并用胶性能的影响见表3。从表3可以看出,随着促进剂XT580用量的增大,胶料的t10t90逐渐延长,硫化胶的300%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度、回弹值和200%拉伸疲劳次数先逐渐增大,后减小,当促进剂XT580用量为0.95份时,硫化胶的综合物理性能最佳。

    3  促进剂KT580用量对NR/BR并用胶性能的影响

项目

XT580用量/

0.65

0.8

0.95

1.1

硫化仪数据(145)

 

 

 

 

ML/(N·m)

6.10

6.14

6.12

6.06

MH/(N·m)

24.3

24.5

24.3

24.3

t10/min

6.0

7.2

8.7

9.2

t90/min

17.9

18.2

18.5

19.8

硫化胶性能(142℃×40min)

 

 

 

 

邵尔A型硬度/

64

66

66

65

300%定伸应力/MPa

9.5

9.5

9.9

9.7

拉伸强度/MPa

22.1

23.5

23.6

23.2

拉断伸长率/%

540

526

556

555

拉断永久变形/%

15

15

15

18

撕裂强度/(kN·m-1)

110

114

115

81

回弹值(29)/%

49

50

52

45

阿克隆磨耗量/cm3

0.100

0.100

0.100

0.120

200%拉伸疲劳次数

21305

22105

25675

21575

100×48 h热空气老化后

 

 

 

 

拉伸强度/MPa

21.4

22.8

22.9

22.5

拉断伸长率/%

510

496

526

525

    注:基本配方为NR  70BR  30,炭黑N220  53,氧化锌4,硬脂酸  3,防老剂RD  1,防老剂BLE-W  1,防老剂4010NA 1,均匀剂A78  1.5,石蜡  1.5,芳烃油  5,硫黄  1.4

    2.3  大配合试验

    2.3.1  在胎面胶中的应用

    加入促进剂XT580NOBS的胎面胶性能对比见表4。从表4可以看出,在胎面胶中以促进剂XT580等量替代N0138,硫化胶的耐磨性能提高,200%拉伸疲劳次数明显增加,其它性能基本相当。

    4  两种胎面胶性能对比

项目

XT580

NOBS

硫化仪数据(145)

 

 

ML/(N·m)

7.36

6.73

MH/(N·m)

24.82

23.17

t10/min

6.9

6.1

t90/min

13.7

13.3

硫化胶性能(142℃×40min)

 

 

邵尔A型硬度/

65

64

300%定伸应力/MPa

9.6

9.6

拉伸强度/MPa

25.4

25.3

拉断伸长率/%

558

543

拉断永久变形/%

17

16

撕裂强度/(kN·m-1)

49

48

回弹值(29)/%

55

54

阿克隆磨耗量/cm3

0.098

0.110

200%拉伸疲劳次数

9365

4318

100×48h热空气老化后

 

 

邵尔A型硬度/

66

65

300%定伸应力变化率/%

-4

-4

拉伸强度变化率/%

+8

+11

拉断伸长率变化率/%

+17

+15

拉断永久变形变化率/%

+17

+16

撕裂强度变化率/%

+13

+14

回弹值变化率(29)/%

+4

+4

    注:基本配方为NR  100,炭黑N234  40,白炭黑  10,氧化锌  5,硬脂酸  3,防老剂BLE-W  1.5,防老剂4010NA  1.5,石蜡  1,偶联剂Si69  2,均匀剂A78  1.5,芳烃油  5,硫黄0.8,促进剂DTDM  1,促进剂XT580(NOBS)  1

    2.3.2  在胎侧胶中的应用

    加入促进剂XT580NOBS的胎侧胶性能对比见表5。从表5可以看出,在胎侧胶中以促进剂XT580等量替代NOBS,硫化胶的综合物理性能略有提高。

    5  两种胎侧胶性能对比

项目

XT580

NOBS

硫化仪数据(145)

 

 

ML/(N·m)

6.87

7.09

MH/(N·m)

22.1

23.1

t10/min

8.7

8.1

t90/min

20.4

20.3

硫化胶性能(142℃×40min)

 

 

邵尔A型硬度/

61

61

300%定伸应力/MPa

10.7

10.5

拉伸强度/MPa

16.9

16.7

拉断伸长率/%

453

448

拉断永久变形/%

8

8

撕裂强度/(kN·m-1)

39

36

回弹值(29)/%

59

56

200%拉伸疲劳次数

1237

1090

100×48 h热空气老化后

 

 

邵尔A型硬度/

68

66

300%定伸应力/MPa

12.4

13.3

拉伸强度/MPa

16.6

15.0

拉断伸长率/%

365

331

拉断永久变形/%

6

6

撕裂强度/(kN·m-1)

32

30

回弹值(29)/%

59

58

200%拉伸疲劳次数

7470

7315

    注:基本配方为NR  40SBR  50BR  10,炭黑N33035,炭黑N660  25,超细活性白炭黑  10,氧化锌  4,硬脂酸3,防老剂BI.E-W  1,防老剂RD  1,防老剂4010NA  1,均匀剂A78  1.5,石蜡  1,增粘树脂A-90  2,芳烃油  7,硫黄  1.4,促进剂XT580(NOBS)  0.95

    2.3.3  在内层帘布胶中的应用

    加入促进剂XT580NOBS的内层帘布胶性能对比见表6。从表6可以看出,在内层帘布胶中以促进剂XT580等量替代NOBS,硫化胶的200%拉伸疲劳次数增加,H抽出力明显提高,其它性能基本相当。

    6  两种内层帘布胶性能对比

项目

XT580

NOBS

硫化仪数据(145)

 

 

ML/(N·m)

4.54

4.44

MH/(N·m)

19.70

19.33

t10/min

4.1

3.7

t90/min

5.9

6.1

硫化胶性能(137℃×30min)

 

 

邵尔A型硬度/

57

58

300%定伸应力/MPa

8.6

8.8

拉伸强度/MPa

24.8

24.1

拉断伸长率/%

606

562

拉断永久变形/%

18

20

撕裂强度/(kN·m-1)

41

43

回弹值(29)/%

32

32

200%拉伸疲劳次数

8685

8003

H抽出力/N

161

140

100×48h热空气老化后

 

 

邵尔A型硬度变化/

+3

+1

300%定伸应力变化率/%

+20

+15

拉伸强度变化率/%

-31

-36

拉断伸长率变化率/%

-30

-36

拉断永久变形变化率/%

+17

+16

撕裂强度变化率/%

+13

+14

200%拉伸疲劳次数变化率/%

-62

-57

    注:基本配方为NR  80SBR  20,炭黑N630  20,炭黑N550  20,氧化锌  5,硬脂酸  2.5,防老剂  BLE-W  1,防老剂RD  1.5,增粘树脂A-90  2,芳烃油  5,硫黄  2.2,促进剂DM  0.5,促进剂TMTD  0.03促进剂XT580(NOBS)0.7

    2.4  工艺性能

    加入促进剂XT580NOBS的胎面挤出工艺性能对比见表7。从表7可以看出,加入促进剂XT580的胎面挤出工艺性能与加入促进剂NOBS的胎面无明显差异。

    7  两种胎面挤出工艺性能对比

项目

XT580

NOBS

胎面胶

 

 

塑性值

0.27

0.26

挤出表面温度/

118

119

挤出表面状态

平滑

平滑

挤出断面状况

密实

密实

挤出外观质量

胎侧胶

 

 

塑性值

0.26

0.26

挤出表面温度/

114

115

挤出表面状态

平滑

平滑

挤出断面状况

密实

密实

    注:挤出机螺杆转速小于50 r·min-1

    促进剂XT580与橡胶的相容性较好,混炼时分散速度快,胶料的包辊性、自粘性、操作性和渗透性均达到了促进剂NOBS的水平。

    2.5  成品性能

    采用促进剂XT580生产33.00-51 58PR无内胎巨型工程机械轮胎逾千条,投放市场后用户反映良好,没有发生质量问题。成品轮胎物理性能见表8

    8  成品轮胎物理性能

项目

XT580

NOBS

上层

下层

上层

下层

胎面胶性能

 

 

 

 

邵尔A型硬度/

69

61

68

62

300%定伸应力/MPa

12.6

12.5

12.4

12.1

拉伸强度/MPa

25.4

22.2

24.9

22.3

拉断伸长率/%

472

443

454

494

拉断永久变形/%

10

10

11

12

阿克隆磨耗量/cm3

0.25

 

0.29

 

粘合强度/(kN·m-1)

 

 

 

 

胎面胶-缓冲层

14.5

 

13.9

 

缓冲层-胎体帘布层

16.6

 

15.7

 

胎侧胶-胎体帘布层

12.8

 

12.5

 

    从表8可以看出,采用促进剂XT580生产的轮胎物理性能与采用促进剂NOBS生产的轮胎基本相当,且达到国家标准(GB/T1190-2001)要求。

    2.6  经济效益分析

    目前促进剂XT580市场售价为每吨25000元,NOBS27000元,如以促进剂XT580等量替代NOBS,可降低原材料成本8%

    3  结论

    (1)NRBRSBR胶料中,以促进剂XT580等量替代NOBS,硫化胶的耐疲劳性能明显提高,其它性能相当;在NR/BR并用胶中,促进剂XT580用量为0.95份时,硫化胶的综合物理性能最佳。

    (2)在无内胎巨型工程机械轮胎中以促进剂XT580等量替代NOBS,胎面胶的耐磨性能和耐疲劳性能提高,胎侧胶的物理性能略有提高,内层帘布胶的耐疲劳性能和H抽出力提高,胎面挤出工艺性能基本相当。

    (3)采用促进剂XT580生产的33.00-5158PR轮胎物理性能达到国家标准要求,并可降低原材料成本。

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