杜仲膠在全鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

1、杜仲膠在全鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用目前大中型載重輪胎，專門是全鋼子午線輪胎胎面膠中，要緊采納天然橡膠（NR）為要緊原料，以知足力學(xué)強(qiáng)度、耐刺扎、低生熱等性能要求，同時(shí)可采納少量丁苯橡膠（SBR）和順丁橡膠（BR）,以提高耐磨性，但并用后硫化膠生熱有所增大，難以知足高性能節(jié)能環(huán)保輪胎的要求。杜仲膠的要緊成份是反式-1,4-聚異戊二烯，與一般天然橡膠（NR）和異戊橡膠（IR）具有相同的化學(xué)組成-（CsHs），-，但分子鏈結(jié)構(gòu)為反式-1,4-結(jié)構(gòu)，因此易于結(jié)晶，熔點(diǎn)為60c左右。因此，杜仲膠與天然膠必然有著專門好的共混共硫化性能。咱們在這方面開展工作，關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著專門好的預(yù)期。本次實(shí)驗(yàn)咱們采納

2、人工合成的反式-1,4-聚異戊二烯橡膠（TPI）作為對照樣品。宋景社、黃寶坤等研究說明當(dāng)TPI的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在20%0%（生膠）時(shí)，不僅能維持或提高原膠的各項(xiàng)力學(xué)性能，而且動態(tài)性能，專門是轉(zhuǎn)動阻力、生熱、耐疲勞性、耐磨性等有明顯的改善，有望在高性能輪胎中取得應(yīng)用。而杜仲膠和TPI有著相同的化學(xué)組成，唯一的區(qū)別在于非橡膠燃的組分和含量和分子量散布。因此咱們有理由以為，杜仲膠在全鋼子午線輪胎中的應(yīng)用前景是超級值得期待的。一.實(shí)驗(yàn)配方本時(shí)期實(shí)驗(yàn)采取全鋼胎的胎面膠配方，胎面膠是輪胎中直接接觸路面的部件，用膠量大，對各項(xiàng)性能要求較高，專門是關(guān)于耐磨性、生熱、轉(zhuǎn)動阻力等動態(tài)性能的要求更是苛刻，是輪胎中的關(guān)鍵部

3、件。加上近些年關(guān)于綠色輪胎的呼聲愈來愈高，環(huán)保、節(jié)能、減排的迫切性使得關(guān)于輪胎胎面膠的考核乂上了一個(gè)臺階，而杜仲膠優(yōu)良的動態(tài)性能正符合了咱們關(guān)于胎面膠的需要，這也是咱們選取胎面膠作為實(shí)驗(yàn)配方的緣故。表一配方配方編號DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-6杜仲膠51015一TPI51015NR100959085959085StA2222222ZnO3.53.53.53.53.53.53.5S2222222促NS1.81.81.81.81.81.81.8N2345050505050505040201111111油5555555防RD1111111石蠟1111111合計(jì)167.316

4、7.3167.3167.3167.3167.3167.3本時(shí)期工作的實(shí)驗(yàn)配方以杜仲膠的用量為變量，別離替代五、10、15份的天然膠，一樣咱們也用TPI替代了五、10、15份的天然膠，并與杜仲膠進(jìn)行對照。咱們發(fā)覺，針對TPI的研究要緊集中在比較高的替代份數(shù)上例如20份，誠然高填充比例的膠會使得其性能取得更好的表達(dá)，但實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行大比例替代的例子并非多見，這會對配方和工藝和后續(xù)的生產(chǎn)帶來專門大的調(diào)整，因此咱們將研究方向集中于低比例的替代上，關(guān)于輪胎制造商來講，更易取得好的同意度。二.混煉膠性能2.1混煉特性本次實(shí)驗(yàn)采取兩段式混煉，一段密煉二段開煉，由于杜仲膠很硬，咱們在一段密煉前將其在開煉機(jī)上過

5、輕塑煉，如此能夠在后續(xù)工藝中混合的更均勻。具體混煉工藝如下：表2.1混煉工藝一段混煉工藝（密煉機(jī)）持續(xù)時(shí)間min累積時(shí)間min1）將密煉機(jī)初始溫度設(shè)定為80,轉(zhuǎn)速80r/min,關(guān)閉卸料口，啟動電機(jī)，升起上頂栓C2）加入橡膠。放下上頂栓，塑煉橡膠。0.50.53）升起上頂栓，裝入小料、放下上頂栓。0.51.04）混煉膠料。1.52.55）升起上頂栓，裝入炭黑、油，放下上頂栓。0.53.06）混煉膠料。25.07）升起上頂栓，清掃密煉機(jī)入口和上頂栓的頂部，放下上頂栓。0.55.58）混煉膠料。1.57.0卸下膠料。二段混煉工藝（開煉機(jī)）持續(xù)時(shí)間min累積時(shí)間min1）將較溫設(shè)定為50C,輯距1.

6、5mm2）將母煉膠包在慢輻上。1.01.03）加入硫磺和促進(jìn)劑，待硫磺和促進(jìn)劑全部加入后再割刀1.52.54）從每邊做3/4割刀三次，每次割刀允許間隔15s2.55.05）下片，輻距調(diào)節(jié)至0.8mm,將膠料打卷交替從每端加入，縱向撥通六次2.07.06）將膠料壓成約6mm的膠片，檢查膠料質(zhì)量，如果橡膠質(zhì)量和理論上相差+0.5%或-1.5%。則棄去改膠料,取出足夠的膠料供硫化儀試驗(yàn)用，7）按GB/T528將膠料壓制成約2.2mm的膠片用于制備硫化試片8）膠料在硫化前調(diào)節(jié)2h-24h,如果可能,按GB/T2941規(guī)定的實(shí)驗(yàn)室溫度和濕度下進(jìn)行調(diào)節(jié)混煉進(jìn)程中，咱們對密煉機(jī)的工作電流進(jìn)行了記錄，工作電流

7、能夠表征密煉機(jī)的功率，表達(dá)了密煉機(jī)的瞬時(shí)負(fù)荷，在實(shí)際生產(chǎn)中是考察混煉的重要指標(biāo)。從記錄的數(shù)據(jù)上看，不同并非明顯，幾乎能夠忽略。開煉時(shí)期咱們關(guān)于混煉膠的結(jié)團(tuán)性、壓片后的膠片外觀和包限性進(jìn)行了觀看比對，沒有發(fā)覺明顯不同。這說明杜仲膠關(guān)于天然膠的替代在混煉時(shí)期不需要專門的工藝調(diào)整。具體數(shù)據(jù)如下：表2.2混煉進(jìn)程數(shù)據(jù)記錄項(xiàng)目密煉機(jī)電流A配方編號DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-6杜仲膠TPINR5101551015生膠捏煉10101013111113小料991017101017炭黑15171718181718排放溫度145150148140148148140排膠結(jié)團(tuán)性好好好好好好好

8、壓片后膠片外觀好好好好好好好包輯性好好好好好好好2-2硫化特性及焦燒表2.2硫化儀數(shù)據(jù)及門尼焦燒07nDZ-1DZ-2DZ-3DZ4DZ-5DZ-6UZu-U配方編號杜仲膠TPINR5101551015min20:1618:2018:3217:2119:5220:4319:42門尼焦燒t35min26:2523:0022:2420:0524:0925:0724:00120*CAtjomin6:094:403:522:444:174:244:18MkdNm12.3718.3118.4011.2317.5613.3313.14MudNm40.3741.0239.6338.0641.7037.573

9、7.48無轉(zhuǎn)子硫化儀t,0m：s3:063:032:562:252:463:353:16150*Ct<x)m:s5:204:314:244:054:515:255:08Vc1/min32.7847:2450.8446.1534.0936.1437.03MH-Mi.dNm2822.7121.2326.8324.1424.2424.34門尼焦燒實(shí)驗(yàn)是查驗(yàn)混煉膠硫化平安性能的實(shí)驗(yàn)，其中的Abo確實(shí)是門尼焦燒時(shí)刻，它表征了膠料加工平安性，通常咱們希望它能盡可能長一些，避免混煉膠在混煉進(jìn)程中或后續(xù)的加工進(jìn)程中（尤其是擠出）發(fā)生焦燒的行為。而數(shù)聽說明，和純天然膠相較，不管是加入了杜仲膠仍是TPL都不

10、同程度的縮短了焦燒時(shí)刻，而杜仲膠對焦燒時(shí)刻的縮短程度比TPI的要大，且與添加份數(shù)成正比。針對這一點(diǎn)，咱們需要對較大比例添加杜仲膠的配方進(jìn)行相應(yīng)的配方調(diào)整，以提高加工平安性。關(guān)于無轉(zhuǎn)子硫化儀的數(shù)據(jù)，咱們發(fā)覺關(guān)于正硫化時(shí)刻（）,數(shù)據(jù)表現(xiàn)出了和焦燒時(shí)刻一致的趨勢一一均縮短了珈，但加入杜仲膠的縮短更明顯，而且隨著杜仲膠加入份數(shù)的增多縮短程度也加大。而且咱們在硫化速度Vc上，也發(fā)覺了相同的趨勢！因此咱們有理由以為，杜仲膠中的非橡膠燃含量中，還有某種物質(zhì)（極有可能是堿性的），有增進(jìn)硫化的作用。這種物質(zhì)可能是杜仲中自帶的，也可能是提取進(jìn)程中混入的。咱們關(guān)于這種物質(zhì)超級的感愛好，會在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中做深切探討通

11、常，咱們用最低轉(zhuǎn)矩和最高轉(zhuǎn)矩之差表征膠料的硫化交聯(lián)程度。而表格中的（Mh-Ml）數(shù)據(jù)似乎推翻了咱們上面得出的結(jié)論，可是，我不能不指出，盡管杜仲膠和TPI在化學(xué)組成上是一致的，可是由于TPI是人工合成的，其分子量及其散布、非橡膠燃含量上必然存在著較大不同。尤其是結(jié)晶性上，TPI必然比杜仲膠更好。因此，隨著TPI用量的增加，TPI中的微晶數(shù)量也會增多，這些微晶散布在并用膠中起到了物理交聯(lián)點(diǎn)的作用，從而增大了膠料的交聯(lián)密度，因此，這與咱們上一段得出的結(jié)論并非沖突。2.3硫化返原硫化返原是指膠料在硫化進(jìn)程中隨著硫化時(shí)刻的延長,硫化膠的力學(xué)性能達(dá)到最大值后慢慢下降，的進(jìn)程，表此刻具體生產(chǎn)上是指正硫化時(shí)期

12、（硫化平坦區(qū)）以后，即為過硫時(shí)期，天然膠顯現(xiàn)“返原”現(xiàn)象（定伸強(qiáng)度下降），而大部份合成膠（除丁基膠外）可不能顯現(xiàn)返原的現(xiàn)象。硫化返原是天然膠特有的性質(zhì)，有些配方中還要加入抗硫化返原的助劑來平穩(wěn)該現(xiàn)象的發(fā)生，專門是在后續(xù)的擠出工藝中，硫化返原過大，會阻礙擠出后的尺寸穩(wěn)固性。由于杜仲膠和TPI在化學(xué)組成上與天然橡膠互為同分異構(gòu)體，且本配方中也是以天然膠為主，因此這項(xiàng)指標(biāo)值得咱們關(guān)注。1#(DZ-O)2#(DZ-1)3#(D乙2)4#(D乙3)硫化返原率9.5620.4118.5314.79圖2.3.2D乙0.46硫化返原率l#(DZ-0)2#(DZ-4)3#(DZ-5)4#(DZ-6)硫化返原率9

13、.569.8012.1814.78咱們將加入杜仲膠(DZ13)和加入TPI(DZ46)的配方別離出來方便大伙兒對照。有趣的是，咱們發(fā)覺了截然相反的規(guī)律一一杜仲膠隨著替代比例的增大硫化返原呈下降趨勢，而TPI那么上升。咱們發(fā)此刻一樣替代15份的配方中,杜仲膠和TPI的硫化返原能夠說是一樣的，通常在TPI和NR共混中，為了讓TPI的優(yōu)良特性取得更好的表達(dá)，添加份數(shù)在2030份，依照數(shù)據(jù)給咱們的趨勢,咱們有理由推斷，在2030份的添加中，杜仲膠的硫化返原會小于TPI,而在較大比例的添加中，TPI必需考慮硫化返原關(guān)于實(shí)際生產(chǎn)的阻礙。2.3門尼粘度門尼粘度是考核膠料加工性能的重要指標(biāo)。實(shí)際生產(chǎn)中關(guān)于門尼

14、粘度的操縱是比較精準(zhǔn)的，專門是對后續(xù)的擠出工藝也有較大的阻礙，因此，咱們超級關(guān)切杜仲膠的加入關(guān)于門尼粘度帶來的改變一下是門尼粘度的數(shù)據(jù)：表2.3混煉膠門尼粘度DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ4DZ-5DZ-6配方編號r*杜仲膠一'TPINR5101551015門尼粘度66645645656468通過數(shù)據(jù)咱們不難發(fā)覺，添加TPI的膠料，不管是幾份，其門尼粘度轉(zhuǎn)變不大，先降后升，但始終在能夠同意的范圍內(nèi)，不用關(guān)于配方和工藝進(jìn)行調(diào)整；而添加杜仲膠的膠料，其門尼粘度的下降和添加份數(shù)成正比，添加15份的更是跌到了45。具體緣故如下：依照付炳秀關(guān)于TPI在TPI/NR共混結(jié)構(gòu)的微觀結(jié)構(gòu)的研究以

15、為：TPI/NR并用比不同，TPI/NR并用膠中TPI的結(jié)晶度轉(zhuǎn)變不大，稍低于純TPI的結(jié)晶度，說明TPI和NR共混大體沒有阻礙其本身的結(jié)晶。三.硫化膠性能3.1硫化膠大體力學(xué)性能表3.1硫化膠大體力學(xué)性能D7-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-6配方編號杜仲膠TPINR5101551015硬度邵爾A74757476747474扯斷伸長率%455491489506456445419拉伸強(qiáng)度MPa25.327326.426.625.825.524.9100%定伸應(yīng)力Mpa3.574.083.803.743.833.854.29300%定伸應(yīng)力Mpa15.416315314.516.

16、516.417.4扯斷永久變形%22.426.826.029.218.820.419.2撕裂強(qiáng)度kN/m61.361.174.282.657.253.650.7回彈性%50504845525450從整體上看，添加杜仲膠的配方在大體力學(xué)性能上要好于添加TPI的配方。二者在硬度上，與天然膠不同不大。在拉伸強(qiáng)度上，不同比例的杜仲膠配方均好于TPI的配方，而且添加杜仲膠的配方比純NR配方在拉伸強(qiáng)度上高l2Mpa。在扯斷伸長率上也表現(xiàn)出相同的趨勢一一杜仲膠配方均好于TPI配方且比純NR配方高約4050%。在撕裂強(qiáng)度上亦是如此一一杜仲膠配方均好于TPI配方，在那個(gè)地址值得一提的是，隨著杜仲膠添加比例的增大

17、，其撕裂強(qiáng)度也增大,添加15份的配方撕裂強(qiáng)度乃至到了82.6kN/m!相較較而言，添加TPI的配方撕裂強(qiáng)度均小于純NR配方，且其減小程度與添加份數(shù)成正比。而在添加10份TPI的扯斷伸長率和添加15份TPI的扯斷伸長率和拉伸強(qiáng)度均小于純NR的配方。這說明，在較高比例的替代中，TPI損失了較多的物理性能。在100%和300%定伸應(yīng)力上，除添加5份杜仲膠的100%定伸應(yīng)力好于添加5份的TPI的配方，其余添加TPI的配方在這兩項(xiàng)性能上均好于添加杜仲膠的配方，但二者均好于純NR配方。在扯斷永久變形上，添加TPI的三種配方均好于添加杜仲膠的配方，而添加杜仲膠的配方的永久變形乂比純NR的配方要大。一樣，添加

18、TPI的配方在回彈性上也好于添加杜仲膠的配方。咱們對試樣進(jìn)行100CX24h熱空氣老化，老化并停放后進(jìn)行拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率的測試，并計(jì)算出轉(zhuǎn)變率，數(shù)據(jù)如下：表3.2老化性能配方編號DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-65杜仲膠10155TPI1015NR硬度77798081777977老化后322338334307296262277扯斷伸長率老化前455491489506456445419變化率-29.2-31.2-31.7-39.3-35.1-41.1-33.9老化后Mpa22.724.422.520.521.018.419.8拉伸強(qiáng)度老化前Mpa25.327326.42

19、6.625.825.524.9變化率%-10.3-10.6-14.8-22.9-18.6-27.8-20.5咱們發(fā)覺，關(guān)于添加5份和10份的配方，杜仲膠的老化性能，不管是拉伸強(qiáng)度仍是扯斷伸長率的轉(zhuǎn)變率，均好于TPI；而關(guān)于添加15份的配方中，TPI的老化性能卻好于杜仲膠，但均比純R的配方要差。咱們能夠以為，在較低比例的添加中，杜仲膠能夠取得更好的老化性能。3.3轉(zhuǎn)動阻力轉(zhuǎn)動阻力、耐磨性和抗?jié)窕圆⒘袨檩喬サ娜笾匾眯阅?。而通過對膠料動態(tài)性能的評判，更能反映出不同操作油對胎面膠利用性能的阻礙。而這三大性能之間是相互矛盾、此消彼長的關(guān)系，故也被稱之為“魔鬼三角”。因此咱們在比較著三種性能的時(shí)候

20、要更多的考慮三者的綜合性能，而不能簡單的過度看重其中一項(xiàng)性能的突出與否。采納轉(zhuǎn)動阻力實(shí)驗(yàn)儀對添加不同油品的膠料進(jìn)行了轉(zhuǎn)動阻力實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)動阻力越小，動態(tài)變形和動態(tài)生熱均是越小越好，說明輪胎耗油越少，值的注意的是那個(gè)地址的轉(zhuǎn)動阻力和輪胎成品檢測轉(zhuǎn)動阻力是完全不同的，輪胎的轉(zhuǎn)動阻力還和輪胎結(jié)構(gòu)、花紋等有關(guān)，而膠料的轉(zhuǎn)動阻力能從本質(zhì)上決定輪胎抓著性能，是不是省油，是胎面膠的關(guān)鍵性能。表3.3轉(zhuǎn)動阻力數(shù)據(jù)對照DZ-0DZ-1卜一DZ-2DZ-3DZ4DZ-5DZ-6配方編號杜仲膠TPINR5101551015滾動阻力J/rev1.631.621.621.511.661.541.53動態(tài)變形mm1.131.

21、111.070.91.141.161.08動態(tài)生熱13.413.01011.111.113.712.6對照數(shù)據(jù)咱們不難發(fā)覺，關(guān)于添加5份和15份的配方來講，杜仲膠的轉(zhuǎn)動阻力小于TPI。而只有在添加了15份杜仲膠和10份以上的TPI的轉(zhuǎn)動阻力才比天然膠顯示出了比較大的減小。咱們以為，這是由于杜仲膠和TPI都屬于結(jié)晶性橡膠的緣故，只有當(dāng)填充抵達(dá)必然比例時(shí)，這種結(jié)晶性才能在數(shù)據(jù)上有所表達(dá)，而且，TPI的結(jié)晶性會好于杜仲膠，因此一樣是添加10份，TPI會使得轉(zhuǎn)動阻力更小。而動態(tài)變形和動態(tài)生熱，杜仲膠是好于TPI的（除添加5份的動態(tài)生熱）。3.4緊縮生熱表3.4緊縮生熱數(shù)據(jù)對照DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-6配方編號杜仲膠-TPINR5101551015終動壓縮率%8.48.68.79.87.87.87.0疲勞溫升31.135.032.035.331.028.730.1永久變形%3.95.14.55.74.13.64.0咱們通過數(shù)據(jù)發(fā)覺，凡是添加TPI的配方，比天然膠的生熱低，而添加杜仲膠的配方，比天然膠的生熱