白炭黑胶料混炼工艺探讨

linshidewo

林　俊

                       (安徽佳通轮胎有限公司,安徽合肥　231202)
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　　使用白炭黑补强胎面胶料能提高轮胎的湿牵引力、降低滚动阻力。随着环保意识的日益提高、能源价格的上涨,节油降耗会得到社会越来越多的关注。正由于白炭黑能达到此要求,故白炭黑在我国的使用将会越来越普遍。众所周知,白炭黑胶料配方和工艺是决定胶料性能的两个方面,缺少哪方面,都会使性能不完善,达不到使用白炭黑所要达到的目的。本研究通过炼胶温度和加料顺序的改变来探讨白炭黑胶料的最佳混炼工艺。
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1　实验
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, z! `' u! p; H1. 1　配方

. j# Q9 [  w) l9 z6 }ＮＲ　100,白炭黑Ｚ175ＧＲ　10,固体硅烷偶联剂ＴＥＳＰＴ　1.6,炭黑Ｎ330　45,操作油　5,硫化剂　4,其它　11.2。
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, j3 H1 U; e, O+ o: ~$ b1　主要仪器和设备
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ＭＶ2000Ｅ型门尼焦烧试验机,ＯＤＲ2000型硫化仪,ＩＮＳＴＲＯＮ4465型拉力机,ＧＫ270Ｎ型密炼机,平板硫化机。

2 U0 m7 U, F+ ~1 　试验工艺

    白炭黑胶料的混炼分为3个阶段,均在密炼机中进行,最后一段加入硫黄和促进剂,其它粉料在前两段加入。为对比加料顺序对混炼工艺性能的影响,氧化锌、防老剂分别在不同的段加入。所有方案的白炭黑和硅烷偶联剂都是与生胶一起在混炼一开始就加入密炼机中。每个方案生产两车料,具体加料及操作顺序如下。

$ b0 G3 b4 F0 `8 B, _3 F(1)一段母炼工艺

( D7 d$ k5 }& F  ]/ |方案1:生胶、白炭黑、偶联剂、小料→4/5炭黑→油→清扫→150℃排胶;
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方案2:生胶、白炭黑、偶联剂、小料→4/5炭黑→油→清扫→160℃排胶;

  ^. o+ N: t3 y; [8 k方案3:生胶、白炭黑、偶联剂、氧化锌、小料→4/5炭黑→油→清扫→150℃排胶;

方案4:生胶、白炭黑、偶联剂、防老剂、小料→4/5炭黑→油→清扫→150℃排胶。
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3 s/ a6 K; @! u: Q; `' X1 \* s: u(2)二段母炼工艺

方案1:一段母炼胶、氧化锌、防老剂→1/5炭黑→清扫→150℃排胶;
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方案2:一段母炼胶、氧化锌、防老剂→1/5炭黑→清扫→160℃排胶;
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& `1 N* d  D$ Q  P, q方案3:一段母炼胶、防老剂→1/5炭黑→清扫→150℃排胶;

8 P5 I) ^5 f2 p2 s方案4:一段母炼胶、氧化锌→1/5炭黑→清扫→150℃排胶。
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(3)三段终炼工艺
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9 p) y0 C  }& n/ n* `& B4个方案采用相同工艺:二段母炼胶、硫黄、促进剂→清扫→100℃排胶。

: v+ l, d- ?3 j7 i) p2　结果与讨论

白炭黑在胶料中的分散主要发生在混炼开始阶段,在白炭黑分散过程中白炭黑聚集体破坏,比表面积快速增大,此时加入硅烷偶联剂是最佳时机。硅烷化反应又会使键合的硅烷偶联剂在白炭黑表面起润滑剂的作用,降低混炼胶料粘度。因此,白炭黑和硅烷偶联剂通常是在混炼一开始就加入密炼室中。硅烷化反应对温度依赖性很强,温度越高,反应越快,故应在尽可能高的温度下混炼白炭黑。但是白炭黑的硅烷化最佳反应温度为145～155℃,超过160℃,硅烷偶联剂中析出的游离硫会与橡胶发生反应,这是人们所不希望的。

21　一段和二段母炼胶的门尼粘度

$ F2 w" A% \4 C9 S2 M) E3 k& O  I方案1～3的一段母炼胶的门尼粘度[ＭＬ(1+4)100℃]分别为96,93和82,方案4因初始粘度太高,不能得出门尼粘度结果。由此可见,一段混炼排胶温度为160℃时胶料粘度偏低,150℃时粘度较高;一段加氧化锌降低胶料粘度较为明显,加防老剂则显著提高胶料粘度。方案1～4的二段母炼胶的门尼粘度[ＭＬ(1+4)100℃]分别为75,73,73和90。由此可见,二段胶料的粘度仍是160℃排胶的方案较低,防老剂在一段加的方案最高,氧化锌在一段加的方案粘度较低。

& @7 p3 U# c/ I6 ]2 　硫化特性试验胶料门尼焦烧及145℃硫化仪数据如表1所示。



* q4 C( L) F. ?+ a　　由表1可见,防老剂在一段混炼时加入可延迟硫化。

23　物理性能
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0 k+ f% L* j; W' \/ ]- H硫化胶物理性能试验结果如表2所示。由表2可见,防老剂在一段加入对300%定伸应力和撕裂强度都有不良影响。
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3　结论

(1)白炭黑胶料混炼的适宜排胶温度为160℃。
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& f1 m6 L- O; e8 o(2)防老剂与硅烷偶联剂在一段一起加入会对炼胶质量及胶料品质产生不利影响。
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(3)氧化锌与硅烷偶联剂在一段一起加入会提高炼胶质量。
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最佳的白炭黑胶料混炼工艺为白炭黑、硅烷偶联剂ＴＥＳＰＴ、硬脂酸和氧化锌在一段加入,防老剂在二段加入,排胶温度为160℃

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