纳米活性碳酸钙在轮胎中的应用.pdf

3 1 4 第1 4 届中国轮胎技术研讨会论文集 纳米活性碳酸钙在轮胎中的应用 刘德胜，张建勋，林向阳，管清军，姜杰 ( 青岛双星轮胎工业有限公司．山东胶南Z 6 6 4 0 0 ) 摘要：试验研究纳米活性碳酸钙在轮胎中的应用效果结果表明，在斜交轮胎胎翻和胎体配方中加人5 - - 8 份纳 米活性碳酸钙t 并适当调整配方中炭蒜和软化荆用量．可改善腔料的物理性能和工艺性能f 在于午线轮胎胎面胶配方 中加人步量纳米碳酸钙，腔料的抗撕裂性能提高t 耐磨性能和其它物理性能相当，挤出工艺性能得到改善，在轮胎中使 用纳米活性碳酸钙可以降低生产成本．具有一定的经济效益 美键饲：斜交轮胎{ 子午线轮胎；纳米话性碳酸钙 纳米活性碳酸钙具有粒径小( 颗粒尺寸为 1 5 ～3 0n m ) 、表面活性高、比表面积大等特点在 胶料中不同于只起填充作用的普通碳酸钙，而是 具有一定的补强作用，可赋予胶料更优异的物理 性能纳米活性碳酸钙可以降低胶料成本，提高 半成品挤出性能，是橡胶行业正在推广使用的一 种新型纳米材料目前，国内不仅有多家轮胎生 产企业在斜交轮胎胎侧和胎体帘布层，子午线轮 胎胎面和气密层以及内胎配方中使用纳米活性碳 酸钙。

而且有多家纳米活性碳酸钙的生产企业 为了进一步降低轮胎生产成本，改善胶料工艺性 能和物理性能，我公司对纳米活性碳酸钙在斜交 轮胎和子午线轮胎中均进行了应用试验 l 实验 1 ．1 原材料 N R ，牌号S M R 2 0 马来西亚产品；B R ，牌号 9 0 0 0 ，中国石化北京燕山石油化工股份有限公司 产品} S B R ，牌号1 5 0 2 ，中国石化齐鲁股份有限公 司产品；纳米活性碳酸钙：牌号N P C C A 一6 0 2 山东 盛大纳米材料有限公司产品I 其它均为橡胶工业 常用原材料 1 ．2 基本配方 试验配方见表1 裹1 小配合试验配方份 1 ．3 主要设备夏仪器 x K 一1 5 0 型开炼机，广东湛江机械厂产品； G K 2 5 5 N 型密炼机和G K 4 0 0 N 型密炼机，益阳橡 胶塑料机械集团有限公司产品；M D R 2 0 0 0 E 型硫 化仪、M V 2 0 0 0 型门尼仪和T 2 0 0 0 型鹿子拉力 机，美国埃迩法公司产品；1 ．0M N 全自动蒸汽平 板硫化机，上海化工机械厂产品；4 0 1 B 型老化试 验箱和阿克隆磨耗机，江都试验机械厂产品。

1 ．4 混炼工艺 小配合试验胶料在X K 一1 5 0 型开炼机上进行 混炼大配合试验胎侧和胎体帘布层胶料采用二 段混炼工艺，子午线轮胎胎面胶采用三段混炼工 刘巷胜等．纳米括性碳酸钙在轮胎中的应用 3 1 5 艺，母炼在G K 4 0 0 N 型密炼机中进行，终炼在 G K 2 5 5 N 型密炼机中进行 1 ．5 性能测试 各项性能均按相应国家标准进行测试 2 结果与讨论 2 ．1 理化分析 纳米活性碳酸钙理化学分析结果见表2 表2 纳米活性碳酸钙理化分析检测苗果 从表2 可以看出，纳米活性碳酸钙理化分析 结果达到技术指标要求 2 ．2 小配合试验 2 ．2 ．1 纳米活性碳酸钙在斜交轮胎中的应用 斜交轮胎胎侧和胎体帘布层胶料小配合试验 结果见表3 由表3 可以看出，在胎侧和胎体帘布胶配方 中加人纳米活性碳酸钙，胶料的最小转矩和最大 转矩均略有增大，并随纳米活性碳酸钙用量增大 而增大} t ，变化不大；胎侧胶的t o 略有减小， 并随纳米活性碳酸钙用量增大而减小；胎体帘布 层胶料的t s 略有延长；加入纳米活性碳酸钙后t 时的t a 面没有明显变化 由胶料小配合物理性能试验结果可以看出， 在胎侧胶配方中加人5 份纳米活性碳酸钙，胶料 物理性能没有明显变化，耐老化性能略有提高；加 入1 0 份时，胶料硬度略有提高，撕裂强度和弹性 略有降低，3 0 0 ％定伸应力增大，其它物理性能变 化不大。

在胎体帘布胶配方中加入5 份纳米活性 碳酸钙，胶料邵尔A 型硬度提高2 度，定伸应力 和拉伸强度略有下降．撕裂强度变化不大；H 抽 出力不但没有下降，而且老化后的抽出力略有提 高} 胶料密度有一定增大 2 ．2 ．2 纳米活性碳酸钙在子午线轮胎中的应用 子午线轮胎胎面胶小配合试验结果见表4 从表4 可以看出，加入纳米活性碳酸钙后最 表3 斜交轮胎胎一和胎体帘布层胶料 小配台试验结果 项目 里蔓苎呈 ABCDE 硫化仪数据( 1 5 1 ℃) M L ／( d N ·m ) M H ／( d N ·m ) 1 1 0 ／m i a t a n # ( t o o ) 硫化腔性能 密度／( M g ·m 哪) 邵尔A 型硬度／度 1 0 0 ％定伸应力／M P a 3 0 0 “定伸应力／M P a 拉伸强度／M P a 拉断伸长率／％ 拉断柬久变形／％ 撕裂强度／( k N ·m - 1 ) 回弹值／“ H 抽出力／n 热空气老化后 邵尔A 型硬度／度 1 0 0 ％定伸应力／M P a 3 0 0 “定伸应力／M P a 拉伸强度／M P a 拉断伸长率／“ 拉斯永久变形／“ 撕裂强度／( k N ·m - 1 ) H 抽出力／N 1 ．7 01 ．8 91 ．9 4 仉7 90 ，9 4 9 ．2 59 ．5 39 ．5 51 2 ．9 0 1 3 ．8 5 4 ．2 24 ．0 64 ．1 13 ．2 52 ．9 3 7 ．8 8 7 ．5 37 ．4 64 ．2 1 4 ．0 1 1 5 ．9 8 1 4 ．9 7 1 4 ．4 46 ．7 17 ．4 4 0 ．1 70 ．1 6 0 ，1 7 0 ．0 40 ．0 5 1 ．1 8 0 1 ．1 9 5 1 ．2 1 01 ．1 0 01 ．1 2 0 6 36 36 45 7 5 9 1 ．7 1 ．51 ．6 2 ．02 ．0 4 ．74 ．85 ，48 ．58 ．1 1 0 ．8 1 1 ．51 0 ．42 1 ．62 0 ．1 6 0 95 2 55 7 25 8 15 4 8 2 8 2 4 2 82 01 8 6 36 56 04 14 2 3 7 ．03 8 ．03 5 ．95 7 ．65 8 ．1 1 9 7 ．8 1 9 4 ．4 注；硫化条件为1 5 1 ℃×4 0 协i “} 老化条件为1 0 0 ℃x 4 8h · 小转矩略有增大，并随用量增大而增大} 最大转矩 略有降低，随用量增大变化不大；对其它硫化特性 的影响不明显。

从表4 还可以看出，加入纳米活性碳酸钙后， 胶料老化前后的拉伸强度、弹性和硬度变化不大 或略有提高；老化前磨耗量随纳米活性碳酸钙用 量的增大呈上升趋势，老化后磨耗量呈下降趋势； 老化后抗撕裂性能明显提高，特别是使用4 份纳 米活性碳酸钙的抗撕裂性能最好} 老化前永久变形 减小，老化后永久变形增大；胶料密度有所增大 2 ．3 大配台试验 综合考虑小配合试验结果，确定大配合试验 的斜交轮胎胎侧和胎体帘布层胶及子午线轮胎胎 面胶的纳米活性碳酸钙用量分别为8 ，6 和4 份， 并适当调整配方中炭黑和软化剂用量，与正常生 产配方进行对比 H¨㈦；兰伽”非舢 韶∽啪州m地轴叭 儿¨蛐¨掰地拈曲¨¨：：；m地∞鸽粕“蚍蓦}：宝跎 3 1 6 第1 4 届中国轮胎技术研讨会论文集 2 ．3 ．1 纳米活性碳酸钙在斜交轮胎中的应用 斜交轮胎胎侧和胎体帘布层胶料大配合试验 结果见表5 由表5 可以看出，加入纳米活性碳酸钙后，胶 料硫化特性变化不大，胎侧胶硬度、定伸应力、拉 伸强度、撕裂强度和老化前弹性略有下降，老化后 撕裂强度基本一致，耐热老化性能略优于正常生 产胶料；胎体帘布层胶料的硬度和定伸应力有所 增大．拉伸强度、撕裂强度和弹性略有下降，在内 层帘布层胶料中加入纳米活性碳酸钙后老化前后 的帘线H 抽出力都得到提高。

加入纳米活性碳酸钙后，胶料密度有一定的 增大，试验胶科的挤出和压延工艺性能比较好，与 正常生产胶料没有大的区％0 2 ．3 ．2 纳米活性碳酸钙在子午线轮胎中的应用 子午线轮胎胎面胶大配合试验结果见表6 由表6 可以看出，在子午线轮胎面胶中加人 4 份纳米活性碳酸钙，胶料的硫化特性变化不大． 撕裂强度和磨耗有一定的提高，其它物理性能变 化不大 在相同的挤出速度下，挤出温度和电流等指 标没有明显变化，但试验胎面胶半成品气孔明显 减少，致密性提高 2 ．4 成品试验及用户反馈 2 ．4 ．1 成品室内试验 为进一步验证试验配方胶料性能，对试验轮 胎进行了耐久性和高速试验，试验结果见表7 和 8 从表7 和8 可以看出，试验轮胎的成品性能较 正常生产成品轮胎处于较高的水平，产品能够满 足轮胎对使用性能的要求 2 ．4 ．2 用户反馈 纳米活性碳酸钙在斜交轮胎胎侧和胎体帘布 层以及子午线轮胎胎面胶中应用已经一年多．不 同地区的使用情况反馈均较好，产品能够满足用 刘德胜等．纳米活性碳酸钙在轮胎中的应用 表5 斜交轮胎胎侧和胎体帘布层胶料 太配合试验结果 注：硫化条件为1 5 1 ℃×3 0m i n i 老化条件为l o o ℃×4 8h 表6 子午线轮胎胎面胶太配合试验结果 表7 成品耐久性试验结果 往：轮胎规格为l o ．0 0 —2 01 6 P R ．花纹编号为H P 0 2 5 t 试验 建度为5 5k m ·h ～。

裹8 子午线轮胎高速性能试验结果 注：轮胎规格为1 1 R 2 2 ．5 ，花纹编号为G R 2 6 6 t 试验速度为 1 3 0k m ·h ～． 户使用的要求 3 成本分析 在斜交轮胎胎侧中加入8 份纳米活性碳酸 钙，每千克胶料成本降低0 ．1 9 元；在胎体帘布 层胶中加入6 份纳米活性碳酸钙，每千克胶料 成本降低0 ．2 3 元，每年可降低成本2 0 0 万元 在子午线轮胎面胶中加入4 份纳米活性碳酸钙， 每千克胶料成本降低0 ．1 4 元，每年可降低成本 1 8 0 万元以上 4 结论 ’ ( 1 ) 在斜交轮胎胎侧和胎体帘布层配方中加 入5 ～8 份的纳米活性碳酸钙，并适当调整配方中 炭黑和软化剂的用量，可改善胶料的物理性能和 工艺性能 ( 2 ) 在子午线轮胎胎面胶配方中加入4 份纳 米活性碳酸钙，胶料的抗撕裂性能提高，磨耐性能 及其它物理性能相当，挤出工艺性能得到改善 ( 3 ) 在轮胎中应用纳米活性碳酸钙可以降低 生产成本，具有一定的经济效益 ， 致谢：本工作得到公司检测中心和密炼中心的有 关人员的大力协助，特此表示感谢! 。