防老剂4020-80在全钢载重子午胎胎面胶中的应用研究-中国橡胶工业协会

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防老剂4020-80在全钢载重子午胎胎面胶中的应用研究

发布时间：2013/07/16 作者: 陈慧刘燕平陈勇来源: 中国橡胶网订阅

中国橡胶网讯防老剂4020具有抗臭氧老化效果优异，综合防护效果好以及耐水抽出的特点，已替代4010NA成为轮胎中最常用的抗臭氧老化龟裂和耐屈挠龟裂类防老剂。但4020熔点低，在夏秋季节以及长时间海运途中，由于气温较高、堆积压力大等原因，容易发生熔融，造成大面积结块，不仅给称量、投料等环节带来不便，也会对产品的防老化性能产生一定的不良影响。4020-80很好地解决了4020的这一缺陷，同时在胶料中更容易分散。产品中的防老剂F组分与4020有良好协同作用，保证了4020-80与4020等量添加后性能一致。

本课题主要研究抗臭氧升级防护剂4020-80与4020 在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的对比应用情况。

一、实验

1. 原材料

防老剂4020，江苏圣奥化学科技有限公司产品；防老剂4020-80，江苏爱特恩高分子材料有限公司产品；NR，广州市汇丰橡胶（集团）有限公司；SBR，中国石油兰州石化公司；BR-9000，中国石化北京燕山石化有限公司；氧化锌（含量99.7%），山东淄博海顺锌业有限公司；炭黑N220、炭黑N660，卡博特炭黑公司；白炭黑：确成硅化学股份有限公司；硬脂酸，吉林市大宇化工有限公司；防护蜡，德国莱茵化学莱脑有限公司上海分公司；防老剂RD，中国石化南化公司；抗疲劳剂 PL600，常州市五洲化工有限公司；环保芳烃油，宁波汉圣化工有限公司；促进剂NS，山东尚舜化工有限公司；硫磺，中国石化安庆石化有限公司。

2.配方

生产配方T1：NR 60，BR 20，SBR 20，炭黑 50，白炭黑 15，氧化锌 4，硬脂酸 2.5，防老剂4020 1，防老剂RD 1.5，防护蜡 1，环保芳烃油 7，促进剂NS 1.2，S 1.3，合计184.5。

试验配方T2：防老剂4020-80等量替代4020，其它同生产配方。

3.主要试验设备和仪器

XK -160型开炼机，50吨四柱平板硫化机，湖州橡胶机械厂；橡胶密炼机（1L），东莞市正工机电设备科技有限公司；F370密炼机，大连冰山橡塑股份有限公司；GK255N型密炼机, 益阳益神橡胶机械有限公司产品；BE-MY-7100型硫化仪，江都市新真威试验机械有限责任公司；WGJ-2500BⅡ型电子拉力机，广西师范大学秀峰电器厂；HX-267型阿克隆磨耗机，扬州华辉检测仪器有限公司；LX-A橡胶邵尔氏硬度计，江都市腾达试验仪器厂。

4.试样制备

小配合试验胶料采用两段混炼工艺，一段混炼在1 L密炼机中进行，将生胶与炭黑、白炭黑、防老剂4020、RD和氧化锌等混炼均匀，二段混炼在开炼机上进行，向胶料中加入促进剂和硫黄。

大配合试验采用三段混炼工艺，一段、二段混炼在F370型密炼机中进行，终炼在 GK255N型密炼机中进行。

5.性能测试

胶料性能均按相应国家、行业或企业标准测试。

二、结果与讨论

1.理化分析

防老剂4020-80与4020的理化分析结果见表1。

表1 防老剂4020-80与4020的理化分析结果

指标项目	指标
指标项目	4020-80	4020
外观	灰紫色至紫褐色片状或颗粒	紫褐色至紫黑色颗粒
4020纯度/%	≥96.0	≥76.8
有效含量/%	≥96.0	≥92.0
初熔点/°C	≥45.0	≥70.0
加热减量/%	≤0.3	≤0.3
灰分/%	≤0.15	≤15.0

由表1可知，防老剂4020-80与 4020的防老化有效含量接近，4020-80初熔点比4020的熔点高25°C，非常有效防止高温结块。

2.结块试验

将等质量（200g）的防老剂4020-80与4020置于EVA透明样品袋中，并给予2kg重物压力，置于42°C恒温箱中2h后取出样品冷却至室温，观察两者的变化情况，见表2，可见防老剂4020-80具有优良的防结块效果。

表2 防老剂4020-80与4020的结块试验结果

温度	压力	结块情况
		4020-80	4020
42°C	2kg	保持原样，无结块现象	大范围熔融并结块

3.小配合试验

小配合试验测试数据见表3。由表3可以看出，与防老剂4020胶料对比，防老剂4020-80胶料定伸应力略大，拉断伸长率略低，但差异非常小；拉伸强度、永久变形、弹性、撕裂、磨耗性能基本一致；静态及动态防护效果(疲劳及屈挠性能) 非常接近，若考虑系统误差，可视为完全一致。

表3 防老剂4020-80与4020的小配合试验结果

项目	生产配方T1	试验配方T2	项目	生产配方T1	试验配方T2
门尼粘度[ML(1+4)100°C]	68	66	密度/g·cm^-3	1.18	1.18
门尼焦烧时间（125°C）			老化性能（100°C×72min）
t₅/min	18.35	19.22	100%定伸应力/MPa	4.85	5.01
t₃₅/min	22.13	23.16	300%定伸应力/MPa	18.36	18.74
硫化仪数据（151°C）			拉伸强度/MPa	20.3	20.1
t₁₀/min	4.55	4.86	扯断伸长率/%	326	318
t₅₀/min	7.33	7.87	撕裂强度/KN·m^-1	131	130
t₉₀/min	12.56	13.24	疲劳老化性能（10万次屈挠）
M_L/dN·m	2.90	2.88	100%定伸应力/MPa	4.8	5.0
M_H/dN·m	14.01	13.69	300%定伸应力/MPa	14.6	14.9
硫化胶机械性能（151°C×30min）			拉伸强度/MPa	23.6	23.4
邵尔A型硬度/度	70	70	扯断伸长率/%	416	410
100%定伸应力/MPa	4.5	4.6	曲挠裂口增长/mm
300%定伸应力/MPa	13.8	14.1	3000r	4.0	4.0
拉伸强度/MPa	24.6	24.5	4500r	4.1	4.1
拉断伸长率/%	513	506	7500 r	4.4	4.5
拉断永久变形/%	22	22	12000 r	5.9	5.8
撕裂强度/kN·m^-1	155	153	18000 r	6.8	6.8
回弹值/%	33	32	27000 r	8.2	8.3
阿克隆磨耗/cm³·1.61km^-1	0.45	0.43	50000 r	11.3	11.3

4.大配合试验

防老剂4020-80在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的大配合试验结果见表4。由表4可以看出，大配合试验中防老剂4020-80防老剂4020胶料的对比情况与小配合基本一致，但4020-80对胶料的动态防护性能比小配合结果更好一些。整体而言，两种防老剂无论是对胶料的硫化特性、物理机械性能还是防护效果都基本相当，在橡胶配方中可等质量使用。

表4 防老剂4020-80与4020的大配合试验结果

项目	生产配方T1	试验配方T2	项目	生产配方T1	试验配方T2
门尼粘度[ML(1+4)100°C]	47	45	密度/g·cm^-3	1.16	1.16
门尼焦烧时间（125°C）			老化性能（100°C×72min）
t₅/min	22.36	22.69	100%定伸应力/MPa	4.88	5.09
t₃₅/min	29.56	30.2	300%定伸应力/MPa	19.12	19.35
硫化仪数据（151°C）			拉伸强度/MPa	18.36	18.01
t₁₀/min	10.12	10.33	扯断伸长率/%	310	312
t₅₀/min	12.55	12.68	撕裂强度/KN·m^-1	135	134
t₉₀/min	20.04	20.13	疲劳老化性能（10万次屈挠）
M_L/dN·m	1.85	1.82	100%定伸应力/MPa	4.8	5.0
M_H/dN·m	15.66	15.81	300%定伸应力/MPa	13.5	13.4
硫化胶机械性能（151°C×30min）			拉伸强度/MPa	20.3	19.8
邵尔A型硬度/度	70	70	扯断伸长率/%	356	344
100%定伸应力/MPa	4.0	4.2	曲挠裂口增长/mm
300%定伸应力/MPa	12.8	13.0	3000r	3.2	3.3
拉伸强度/MPa	22.6	22.5	4500r	3.4	3.4
拉断伸长率/%	432	425	7500 r	3.9	3.8
拉断永久变形/%	18	17	12000 r	4.4	4.2
撕裂强度/kN·m^-1	140	141	18000 r	5.5	5.3
回弹值/%	30	31	27000 r	6.8	6.6
阿克隆磨耗/cm³·1.61km^-1	0.43	0.42	50000 r	8.7	8.6

三、结论

1.防老剂4020-80在较高温度且受到一定压力的情况下，可保持原样，无结块现象，普通防老剂4020则有明显结块现象。

2.小配合及大配合试验数据都表明，两种防老剂等量使用的情况下，无论是对胶料的硫化特性、物理机械性能还是防护效果都基本相当，4020-80在克服结块缺陷的同时，保证了优良的防护性能及对胶料其他性能不产生任何不良影响。

3.在轮胎工业生产过程中，防老剂4020-80可等量等效替代4020，拥有广泛的应用和广阔的市场。