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[配方] 轮胎加工助剂介绍

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sample
发表于 2008-7-8 08:32:01 | 显示全部楼层 |阅读模式

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   由于对橡胶加工效率的要求越来越高，轮胎工业需要对所有可能的影响加工效率的参数进行优化，以在获得质量均一的混炼胶的同时节约混炼能量。要做到这一点，就必须考虑以下因素的影响。使用的设备：密炼机、挤出机、压延机、成型机及硫化机。加工方法：时间、速度、能量、温度和粘度。胶料的混炼：橡胶、填料、加工助剂、软化剂、防老剂、功能化学品和交联剂。特别是在密炼机和冷喂料挤出机中，生产过程的最佳化受加工设备限制。在轮胎工业中，为了获得经济效益，需要分散良好、均匀的胶料。在很多情况下，改变二烯类橡胶的大分子结构(分子量分布)可提高其加工性能，另外使用特定的加工助剂也可提高加工性能。# a/ _3 S! x5 |7 z/ P4 @" t3 `+ K
本文总结了不同类型的加工助剂在胶料中的作用。测试了不同加工助剂在轮胎胶料中的应用，并讨论了适用于轮胎胎面胶的加工助剂。9 t# B/ n3 o4 x- }9 t% s7 y, d
4 C  J( G/ u  x4 L
1! ^0 C6 W; L( d$ D2 ], o4 E1 n
实验
! i3 }& I  S3 @% m+ s5 h# B( L3 V3 k7 A0 t) T
1.1' z1 }) {6 M1 b8 y& N9 `" ^
原材料
& i' s* h- f2 q% j- Y
4 v4 I  L; R8 [SBR-1712、SBR-1778、BR-CB-23，Bayer公司产品；炭黑N330，Degussa公司生产；莱茵塑分T、莱茵塑分PP、莱茵散42、莱茵能CBS-80、莱茵能TMTM-80、莱茵能S-80及莱茵蜡111，莱茵化学产品；硬脂酸、氧化锌、IPPD、TMQ、加工助剂X、芳烃油以及试验用其他原材料均为市售工业品。
& ~0 p0 @  u2 ^! ]8 U/ H* v* I. ~! W! C- a0 N5 L
! L% u0 o) W$ r2 }$ F
1.2
" _8 G# f$ }  S7 c/ [# e0 X( b配方与混炼程序
0 B. }- F7 `5 Y. {% z
2 T3 O3 _! K) @. v测试配方见表1。$ b7 k/ K# Z  v0 m5 W

& s+ z. g0 Y$ y3 i5 N; z表11 O3 j- y8 e% G( {0 Y9 N; p1 B
测试配方7 w; o3 Y; F) [4 a3 ?. ^) z- O, ^& m
A
B
C
D
E
F
SBR-1712
40
40
4e
40
40
40
SBR-1778
40
40
40
40
40
40
CB-23
50
50
50
50
50
50
SA
1
1
1
1
1
1
ZnO
5
5
5
5
5
5
N330
57
57
57
57
57
57
莱茵蜡111
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
IPPD
1
1
1
1
1
1
TMQ
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
莱茵塑分T
-
3
-
-
-
-
莱茵塑分PP
-
-
3
-
-
-
莱茵散42
-
-
-
3
-
-
加工助剂X
-
-
-
-
3
-
芳烃油
-
-
-
-
-
3-
0 D+ l' H) S6 Y3 a' {' y7 M
混炼具体过程如下：
( p$ f. m7 x9 y$ v6 w" o! j1 f: b) I
1.密炼机：1-1’SBR-1712、SBR-1778、BR-CB-23；2-3炭黑、加工助剂、氧化锌、硬脂酸、IPPD、6PPD、莱茵蜡111。排胶温度：140℃。
7 ?. u6 k7 P, W* M# ^9 R8 z: Z9 e# [$ S- K% h3 |1 a
2.开炼机：将密炼混炼的胶料放到开炼机上，加莱茵能CBS-80、莱茵能TMTM-80、莱茵能S-80(70℃×2min)。; [$ y7 u' T  ?$ g& s; G7 ]

& H/ S& w; k' ^* d3 R" u1.37 \2 u4 F/ N6 E4 C/ i
主要实验设备( X: L0 g$ J, O' e( L9 t% ^; h/ b% T
2 V7 ]) r* E* ]6 j1 [8 s( |: w
1.7L密炼机，KOBELCO公司产品；TP2365型电子拉力机，INSTRON公司产品；MV2000型门尼粘度仪，Alpha Techologies公司产品；MDR2000型硫化仪，Alpha Techologies公司产品；DMA型动态粘弹谱仪，耐驰公司产品。流变硫化仪(Re-ovulcameter)，Gottfer公司产品。
/ H/ i5 [5 ~# k! c# D
' H2 C3 }: [& _( s& T  K1.40 c  e% l8 ^! O7 `( v
性能测试
, `/ c1 V. i: s3 U
; x. _, ~& b* O5 M2 o! `% x动态性能测试：试验在DMA仪器上进行，频率10Hz，温度范围-50-100℃，升温速率为每分钟5℃，最大动态负荷4N，最大振幅60mm，测试温度23℃和60℃。
  U6 J' O2 \) p( f$ B! Z/ a+ v9 v) K1 J, J$ \) M4 }
流变硫化仪测试：160℃测试胶料的注射量和注射速度，门尼粘度及门尼焦烧按ASTMD1648标准进行，硫化特性按ASTM D5289标准进行，拉伸强度按ASTM D412-989标准进行，硬度按ASTMD1415标准进行，压缩永久变形按ASTMD395-98标准进行。
9 j  q! w* v" _4 t; F: R6 N) N5 ?; B' S6 B- ]% U
2! d0 q3 K9 l$ O7 n2 r
结果与讨论* @+ U; H' Z( t. o- v
- I8 B# T! Y+ a+ {. p/ {! I* r# p
2.1- \. q% L9 j" e- t- Z
不同加工助剂对胶料门尼粘度的影响+ K) V* L& Q8 B# C$ ~+ j$ m: l* v
- g$ `# w$ A9 H) |# h" c
对使用不同加工助剂的混炼胶进行门尼粘度的测试，结果见图1(略)。由图1可以看出，与控制配方A相比，C、D、E、F体系的门尼粘度相差不大，都在1-2个门尼粘度范围内，而B体系胶料的门尼粘度降低较多，比控制配方低5个门尼粘度值，这和预想的是一致的，因为在B体系胶料的加工助剂莱茵塑分T中，每个分子链段中的不饱和双键含量较高，因此在胶料的混炼过程中可使更多的橡胶链段断链，从而使胶料的门尼粘度降低较大。6 ~7 B8 g7 k7 w2 Z! }# |
* V5 n  {; J5 \1 ?
2.2$ B  T; h* y0 s( d
不同加工助剂对胶料流变行为的影响" v% K" i+ f! e6 V
5 x0 y# U0 V  V: b
我们知道，当剪切速率为1-10s-1时，主要表征胶料的模压特性；当剪切速率为10-102s-1时，主要表征胶料的混炼和压延特性；当剪切速率为102-102s-1时，主要表征胶料的挤出特性；当剪切速率为103-102s-1时，主要表征胶料的注射和注压特性。表2给出的是不同加工助剂对胶料流变行为和加工性能的影响。" M9 n; \- C% T) \9 ?( |# r

2 u1 \6 l8 G2 ?1 C9 T5 j表2# l9 m9 L  o7 E, V3 L
不同加工助剂对胶料流变行为和加工特性的影响- q, N* p; e. K! m
A
B
C
D
E
F
挤出特性
挤出速率/(cm·min-1)
207.3
220.0
214.5
202.8
216.6
208.6
挤出量/(g·min-1)
28.6
30.6
31.1
29.4
29.4
29.0
流变硫化特性
注射速率/(mm3·s-1)
41.25
52.75
46.5
45.5
44.25
42.5
注射量/mm3
1520
1982
1752
1712
1702
1627
" V0 X% C+ l$ {
注：1)实验室挤出机，d=20mm，90℃；2)流变硫化仪，160℃，70bar，50s，6min。
+ S# q& s1 }. K* e' \% b% v& Y& I; r% {: ?( O
由表2可以看出，含有加工助剂的胶料要比不含加工助剂胶料的挤出量和注射量都要高。其中含有莱茵塑分T和PP胶料挤出量可提高7%-9%，而含有加工助剂X和芳烃油胶料的挤出量相对变化不大。同时注射量的变化规律与挤出量基本相似，含有莱茵塑分T的胶料注射量提高30%，而含有芳烃油和加工助剂T的胶料的注射量仅有7%-10%的增加。因此在胎面胶胶料中，使用莱茵塑分T和PP可明显提高挤出效率。
$ x# V$ F/ O4 }# z$ T% t* E5 h0 R
+ u/ m4 t1 ]6 u4 u6 Q2.38 N( P9 @/ c  _7 ^; K5 j
不同加工助剂对胶料硫化特性的影响9 G+ E5 B5 Z4 l+ u% |

( X0 _& c6 l) w表3给出的是不同加工助剂对胶料硫化特性的影响。
  o5 R0 B9 ^- l6 C2 G6 A6 g3 z% D5 {  N
表3
+ |! w! z; C( w; u不同加工助剂对胶料硫化特性的影响; l4 A( ?5 @( O
A
B
C
D
E
F
门尼焦烧(120℃)
t5/min
34.08
36.15
38.6
39.95
40.1
40.03
t35/min
41.42
42.72
44.63
46.93
46.8
47.17
Δt90/min
6.62
6.57
6.03
6.98
6.7
7.13
硫化特性(160℃)
t10/min
2.68
2.68
2.76
2.52
2.52
3.36
t90/min
7.56
9.20
9.48
8.92
9.04
8.80
Fmim(Nm)
0.0991
0.0933
0.1001
0.0967
0.0996
0.0962
Fmax/(Nm)
0.5879
0.5298
0.5396
0.5195
0.5523
0.5513

! ^% w' |5 }6 |+ a2 R硫化特性的表征对胶料的加工是十分重要的。由表3硫化特性数据可以看出，加入加工助剂和芳烃油，胶料的门尼焦烧t5和t35都有所提高，其中含有加工助剂X和芳烃油的胶料涨幅较大，约5min。而含有莱茵塑分T和PP的胶料变化相对较小。由Δt30的数据可以看出，加工助剂的加入对胶料的硫化速度影响不大。只有芳烃油的加入使胶料的硫化速度略有降低。
/ n( z% _& j" K$ Y' g3 i% _$ U$ W1 U$ w
由硫化曲线数据可以看出，与控制配方相比，含有莱茵塑分T胶料的焦烧时间t10没有变化，含有莱茵塑分PP和芳烃油胶料的焦烧时间有所增加，而含有莱茵散42和加工助剂X的胶料的焦烧时间略有降低。正硫化时间数据显示，加工助剂和芳烃油的加入对胶料的正硫化时间影响不大。
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sample
 楼主| 发表于 2008-7-8 08:32:40 | 显示全部楼层
0 t. O& ^1 X& \! d
2.4
& @+ d. I& \4 a0 y不同加工助剂对胶料静态物性的影响( E& H! j( G9 B7 i) n; r. X* K

9 i' s; W4 q  }# o" N表4给出的是不同加工助剂对硫化胶物理机械性能的影响。可以看出，无论是老化前还是老化后(14天×70℃)，加工助剂的使用对胶料的硬度、回弹性、100%定伸应力和压缩永久变形并无影响，而拉伸强度和拉断伸长率有所降低。. Y9 h% S% A: P6 g& L& w
  f" \1 k) \( P3 z
表4
, V. v( j) N9 I+ T硫化胶物理机械性能0 E# Y+ c3 {6 V  i
A
B
C
E
邵尔A型硬度/度
49
51
51
50
14d×70℃
59
60
60
61
回弹性/%
45
47
46
46
14d×70℃
53
53
54
54
100%定伸应力/MPa
1.0
1.4
1.3
1.6
14d×70℃
2.0
2.2
2.5
2.8
拉伸强度/MPa
18.4
16.1
16.2
16.1
14d×70℃
16.1
13.9
13.4
14.0
拉断伸长率/%
660
540
580
560
14d×70℃
450
350
310
340
压缩永久变形/%
6
6
5
5
24h×70℃
20
22
23
19
, z% @4 s5 N6 Q
注：*硫化条件：160℃×10min。( J7 Q( ?( T! Q5 ^& a
4 G8 B3 S8 i- O0 b
2.5) A9 r" |# h# Y) \! {5 p( O2 s
不同加工助剂对胶料生热性能的影响* I! B/ e  F# T$ I% c
8 A+ i% l6 Q3 r: R
表5给出的是不同加工助剂对胶料生热性能的影响。7 h! W8 q" }* S3 z$ F  \
$ L% I% }) D+ N1 h0 P1 w0 ?% x. @
表5
0 _1 v) H2 v& }; @( y  e* D- m* y不同加工助剂对胶料生热性能的影响
0 Z) L( [. y8 s: K& o; L/ v% `
A
B
C
D
E
F
偏离角45°
5min/℃
53
52
52
51
57
53
10min/℃
58
57
58
56
63
57
15min/℃
60
59
60
58
65
59
20min/℃
60
59
60
60
66
60
偏离角90°
5min/℃
103
100
105
102
106
101
10min/℃
113
108
113
112
110
109
15min/℃
114
109
113
114
112
110
20min/℃
116
109
113
114
112
110

" _! X0 t+ `" ?9 c0 ^; f5 _2 E  F注：*和1430rpm。
3 o6 ~  j+ R6 w1 c9 f
' s- Y, \6 t8 J( Q表5给出的是不同加工助剂对胶料生热性能的影响，可以看出与控制配方相比，在较低形变(偏离角45°，1430rpm)下，含有加莱茵散42和莱茵塑分T胶料的生热较低，而含有加工助剂X胶料的生热最高，约高出5℃。在较高形变(偏离角90°，1430rpm)下，加工助剂的加入对胶料的生热性能都无负面影响，并且以含有莱茵塑分T胶料的生热最低。因此在我们所讨论的加工助剂中，无论在偏离角45°还是在偏离角90°，含有莱茵塑分T胶料的生热为最低。/ d1 e' l1 c0 H2 g

- a: ?# _# r/ H, s0 T8 p) }2.5( R0 N1 n) c& e  `
不同加工助剂对胶料动态力学性能的影响# R% V1 U7 h$ i4 B" Z

; z( \8 t" J( O1 y- i7 k; r3 R混炼胶的性能与频率有关，如抗湿滑性能要在很高的频率下进行测定，而实验室中是不可能达到如此高的频率的。只有通过频率-温度关系进行。这就是说在评价室温下10Hz的动态阻尼，可以用10Hz这一频率，但在-10-20℃之间进行。不同轮胎的特性对应不同的频率。在10Hz下测试不同加工助剂作用时，不同测试温度对性能影响如下：* G, V& r5 R3 O% r5 l

1 u# Z. ]; X- o8 ]# r1.抗滑性能：23℃的tgδ，tgδ值越高，抗滑性能越好。% @( M6 U+ r" _& D% U

8 Y' e$ e; j1 a& H! }2.滚动阻力：60℃的tgδ，tgδ值越小，滚动阻力越小。/ d' ?& }4 S4 G/ R1 R4 I

3 Z, @8 Y" g: D3.弹性模量E’和损耗模量E”的值越大，轮胎的转向控制性能越好。4 h$ C% m3 J( d8 \7 m& K
4 M0 f. V6 r- D& L# E* q; t) ^
4.损耗角tgδ和复数模量E*的比值与轮胎的高速睦能有关，其比值越小，轮胎的高速睦能越好。
, E8 _7 l+ F. F' w( `6 _5 ~1 q4 p2 r- P7 i
表6
/ l' b" V6 v( k5 u不同加助剂对胶料动态力学性能的影响
0 Z. w/ H5 A  |7 d! s
A
B
C
D
E
F
23℃
E’/MPa
6.62
7.07
7.38
6.91
7.58
6.81
E”/MPa
1.28
1.37
1.39
1.32
1.52
1.30
E*/MPa
6.75
7.10
7.51
7.04
7.73
6.93
tgδ
0.193
0.196
0.188
0.190
0.199
0.191
tgδ/E*×104MPa-1
286
276
250
270
257
276
60℃
E’/MPa
5.57
5.64
5.88
5.64
6.13
5.34
E”/MPa
0.86
0.84
0.86
0.82
0.94
0.82
E*/MPa
5.64
5.70
5.94
5.70
6.21
5.43
tgδ
0.155
0.149
0.146
0.144
0.154
0.150
tgδ/E×104MPa-1
275
261
245
253
248
283

! a  N% {, q% u9 F, V. y表6给出的是不同胶料的动态力学性能数据，可以看出，在23℃下，加工助剂的加入各体系的弹性模量E’和损耗模量E”都有明显的增大，并且含有加工助剂X和莱茵塑分T的为最好，该温度下的tgδ和tgδ/E*的检测值也显示同样的实验结果，这是我们希望达到的试验目的。同时我们还可以看出，在60℃下显示同样的规律。
4 @  H! d( r* H. X; J" D: p7 c( _' g3 j( @# f  a# z  N$ J
3
7 {" _- J4 P1 L6 M6 s8 [3 k9 f! O结论- L# v) E5 T3 f4 g! `- w
. L1 E3 o0 ], ]# A' r* v
1.加工助剂及芳烃油的加入都能不同程度的降低胶料的门尼粘度，在测试的加工助剂中，拟莱茵塑分T的效果为最佳。含有莱茵塑分T胶料的门尼粘度与控制配方相比低5个门尼值，与含有芳烃油的胶料相比降低3个门尼值。2 z; k- c# i1 q% G' ~

8 I; _% x$ \! @) w2 ?, s: T4 e2.含有加工助剂胶料要比不含加工助剂胶料的挤出量和注射量都要高。其中含有莱茵塑分T和PP胶料挤出量可提高，7%-9%，而含有加工助剂X和芳烃油胶料的挤出量相对变化不大。含有莱茵塑分T胶料注射量提高30%，而含有芳烃油和加工助剂T胶料的注射量仅有7%-10%的增加
' U" B' J- Q& L3 G" N
2 f7 I" l" B/ E; P( G/ i9 `3.加工助剂和芳烃油的加人胶料的门尼焦烧t5和t35都有所提高，其中含有加工助剂X和芳烃油的胶料涨幅较大，而含有莱茵塑分T和PP胶料的变化相对较小。加工助剂的加入对胶料的硫化速度影响不大。芳烃油的加入使胶料的硫化速度略有降低。$ t, `4 o& ?; h6 R. }
2 _+ @% ~  t! k; z# _& `4 c9 w
4.与控制配方相比在较低形变(偏离角45°)下，含有莱茵散42和莱茵塑分T胶料的生热较低，而含有加工助剂X胶料的生热最高。在较高形变(偏离角90°)下，加工助剂的加入对胶料的生热性能都无负面影响，并且以含有莱茵塑分T胶料的生热最低。- c* A) G5 a, d+ A/ c, p
5 x- q& I# y$ S/ `/ X. m( G
5.无论在23℃还是在60℃含有加工助剂的轮胎胎面胶料，可使轮胎有较好的转向控制性和较好的高速性能。23℃的tgδ值表明加工助剂的加入可使其抗滑性能得到改善，以莱茵塑分T和加工助剂X为最佳。60℃的tgδ值表明加工助剂的加入可降低其滚动阻力，以莱茵散42为最好。
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yantingkai
发表于 2008-7-9 20:33:14 | 显示全部楼层
坐个沙发，顶一下啊 :) :)
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woai08
发表于 2008-7-10 17:06:20 | 显示全部楼层
哈哈  顶一个  学习中啊
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huatailh
发表于 2008-8-30 16:12:32 | 显示全部楼层
顶！先收着，慢慢学习！
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liandjun
发表于 2010-4-19 09:58:08 | 显示全部楼层
好资料，收藏了。。。。。。
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kaiven
发表于 2010-4-19 10:04:22 | 显示全部楼层
谢谢楼主分享！
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单身未遂
发表于 2010-4-19 17:11:52 | 显示全部楼层
谢谢分享！！！！！！！
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linlin0331
发表于 2010-4-23 11:21:38 | 显示全部楼层
学习一下
3 Y( F& {# w* N& x也谢谢楼主提供资料。希望楼主继续努力，让橡胶技术网更加强大
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avie_zw
发表于 2010-4-23 11:23:45 | 显示全部楼层
东西都是好东西，不过轮胎厂要是都按着你这个配方用，早就关门回家喝西北风去了
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