杜仲胶在全钢子午线轮胎胎面胶中的应用

杜仲胶在全钢子午线轮胎胎面胶中的应用目前大中型载重轮胎，专门是全钢子午线轮胎胎面胶中，要紧采纳天然橡胶（NR）为要紧原料，以知足力学强度、耐刺扎、低生热等性能要求，同时可采纳少量丁苯橡胶（SBR）和顺丁橡胶（BR）,以提高耐磨性，但并用后硫化胶生热有所增大，难以知足高性能节能环保轮胎的要求。杜仲胶的要紧成份是反式-1,4-聚异戊二烯，与一般天然橡胶（NR）和异戊橡胶（IR）具有相同的化学组成-（CsHs），-，但分子链结构为反式-1,4-结构，因此易于结晶，熔点为60c左右。因此，杜仲胶与天然胶必然有着专门好的共混共硫化性能。咱们在这方面开展工作，关于实验结果有着专门好的预期。本次实验咱们采纳人工合成的反式-1,4-聚异戊二烯橡胶（TPI）作为对照样品。宋景社、黄宝坤等研究说明当TPI的质量分数在20%0%（生胶）时，不仅能维持或提高原胶的各项力学性能，而且动态性能，专门是转动阻力、生热、耐疲劳性、耐磨性等有明显的改善，有望在高性能轮胎中取得应用。而杜仲胶和TPI有着相同的化学组成，唯一的区别在于非橡胶燃的组分和含量和分子量散布。因此咱们有理由以为，杜仲胶在全钢子午线轮胎中的应用前景是超级值得期待的。一.实验配方本时期实验采取全钢胎的胎面胶配方，胎面胶是轮胎中直接接触路面的部件，用胶量大，对各项性能要求较高，专门是关于耐磨性、生热、转动阻力等动态性能的要求更是苛刻，是轮胎中的关键部件。加上近些年关于绿色轮胎的呼声愈来愈高，环保、节能、减排的迫切性使得关于轮胎胎面胶的考核乂上了一个台阶，而杜仲胶优良的动态性能正符合了咱们关于胎面胶的需要，这也是咱们选取胎面胶作为实验配方的缘故。表一配方配方编号DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-6杜仲胶51015一TPI51015NR100959085959085StA2222222ZnO3.53.53.53.53.53.53.5S2222222促NS1.81.81.81.81.81.81.8N2345050505050505040201111111油5555555防RD1111111石蜡1111111合计167.3167.3167.3167.3167.3167.3167.3本时期工作的实验配方以杜仲胶的用量为变量，别离替代五、10、15份的天然胶，一样咱们也用TPI替代了五、10、15份的天然胶，并与杜仲胶进行对照。咱们发觉，针对TPI的研究要紧集中在比较高的替代份数上例如20份，诚然高填充比例的胶会使得其性能取得更好的表达，但实际生产中进行大比例替代的例子并非多见，这会对配方和工艺和后续的生产带来专门大的调整，因此咱们将研究方向集中于低比例的替代上，关于轮胎制造商来讲，更易取得好的同意度。二.混炼胶性能2.1混炼特性本次实验采取两段式混炼，一段密炼二段开炼，由于杜仲胶很硬，咱们在一段密炼前将其在开炼机上过轻塑炼，如此能够在后续工艺中混合的更均匀。具体混炼工艺如下：表2.1混炼工艺一段混炼工艺（密炼机）持续时间min累积时间min1）将密炼机初始温度设定为80,转速80r/min,关闭卸料口，启动电机，升起上顶栓C2）加入橡胶。放下上顶栓，塑炼橡胶。0.50.53）升起上顶栓，装入小料、放下上顶栓。0.51.04）混炼胶料。1.52.55）升起上顶栓，装入炭黑、油，放下上顶栓。0.53.06）混炼胶料。25.07）升起上顶栓，清扫密炼机入口和上顶栓的顶部，放下上顶栓。0.55.58）混炼胶料。1.57.0卸下胶料。二段混炼工艺（开炼机）持续时间min累积时间min1）将较温设定为50C,辑距1.5mm2）将母炼胶包在慢辐上。1.01.03）加入硫磺和促进剂，待硫磺和促进剂全部加入后再割刀1.52.54）从每边做3/4割刀三次，每次割刀允许间隔15s2.55.05）下片，辐距调节至0.8mm,将胶料打卷交替从每端加入，纵向拨通六次2.07.06）将胶料压成约6mm的胶片，检查胶料质量，如果橡胶质量和理论上相差+0.5%或-1.5%。则弃去改胶料,取出足够的胶料供硫化仪试验用，7）按GB/T528将胶料压制成约2.2mm的胶片用于制备硫化试片8）胶料在硫化前调节2h-24h,如果可能,按GB/T2941规定的实验室温度和湿度下进行调节混炼进程中，咱们对密炼机的工作电流进行了记录，工作电流能够表征密炼机的功率，表达了密炼机的瞬时负荷，在实际生产中是考察混炼的重要指标。从记录的数据上看，不同并非明显，几乎能够忽略。开炼时期咱们关于混炼胶的结团性、压片后的胶片外观和包限性进行了观看比对，没有发觉明显不同。这说明杜仲胶关于天然胶的替代在混炼时期不需要专门的工艺调整。具体数据如下：表2.2混炼进程数据记录项目密炼机电流A配方编号DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-6杜仲胶TPINR5101551015生胶捏炼10101013111113小料991017101017炭黑15171718181718排放温度145150148140148148140排胶结团性好好好好好好好压片后胶片外观好好好好好好好包辑性好好好好好好好2-2硫化特性及焦烧表2.2硫化仪数据及门尼焦烧07nDZ-1DZ-2DZ-3DZ4DZ-5DZ-6UZu-U配方编号杜仲胶TPINR5101551015min20:1618:2018:3217:2119:5220:4319:42门尼焦烧t35min26:2523:0022:2420:0524:0925:0724:00120*CAtjomin6:094:403:522:444:174:244:18MkdNm12.3718.3118.4011.2317.5613.3313.14MudNm40.3741.0239.6338.0641.7037.5737.48无转子硫化仪t,0m：s3:063:032:562:252:463:353:16150*Ctx)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门尼焦烧实验是查验混炼胶硫化平安性能的实验，其中的Abo确实是门尼焦烧时刻，它表征了胶料加工平安性，通常咱们希望它能尽可能长一些，避免混炼胶在混炼进程中或后续的加工进程中（尤其是挤出）发生焦烧的行为。而数听说明，和纯天然胶相较，不管是加入了杜仲胶仍是TPL都不同程度的缩短了焦烧时刻，而杜仲胶对焦烧时刻的缩短程度比TPI的要大，且与添加份数成正比。针对这一点，咱们需要对较大比例添加杜仲胶的配方进行相应的配方调整，以提高加工平安性。关于无转子硫化仪的数据，咱们发觉关于正硫化时刻（）,数据表现出了和焦烧时刻一致的趋势一一均缩短了珈，但加入杜仲胶的缩短更明显，而且随着杜仲胶加入份数的增多缩短程度也加大。而且咱们在硫化速度Vc上，也发觉了相同的趋势！因此咱们有理由以为，杜仲胶中的非橡胶燃含量中，还有某种物质（极有可能是碱性的），有增进硫化的作用。这种物质可能是杜仲中自带的，也可能是提取进程中混入的。咱们关于这种物质超级的感爱好，会在进一步的实验中做深切探讨通常，咱们用最低转矩和最高转矩之差表征胶料的硫化交联程度。而表格中的（Mh-Ml）数据似乎推翻了咱们上面得出的结论，可是，我不能不指出，尽管杜仲胶和TPI在化学组成上是一致的，可是由于TPI是人工合成的，其分子量及其散布、非橡胶燃含量上必然存在着较大不同。尤其是结晶性上，TPI必然比杜仲胶更好。因此，随着TPI用量的增加，TPI中的微晶数量也会增多，这些微晶散布在并用胶中起到了物理交联点的作用，从而增大了胶料的交联密度，因此，这与咱们上一段得出的结论并非冲突。2.3硫化返原硫化返原是指胶料在硫化进程中随着硫化时刻的延长,硫化胶的力学性能达到最大值后慢慢下降，的进程，表此刻具体生产上是指正硫化时期（硫化平坦区）以后，即为过硫时期，天然胶显现“返原”现象（定伸强度下降），而大部份合成胶（除丁基胶外）可不能显现返原的现象。硫化返原是天然胶特有的性质，有些配方中还要加入抗硫化返原的助剂来平稳该现象的发生，专门是在后续的挤出工艺中，硫化返原过大，会阻碍挤出后的尺寸稳固性。由于杜仲胶和TPI在化学组成上与天然橡胶互为同分异构体，且本配方中也是以天然胶为主，因此这项指标值得咱们关注。1#(DZ-O)2#(DZ-1)3#(D乙2)4#(D乙3)硫化返原率9.5620.4118.5314.79图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9.569.8012.1814.78咱们将加入杜仲胶(DZ13)和加入TPI(DZ46)的配方别离出来方便大伙儿对照。有趣的是，咱们发觉了截然相反的规律一一杜仲胶随着替代比例的增大硫化返原呈下降趋势，而TPI那么上升。咱们发此刻一样替代15份的配方中,杜仲胶和TPI的硫化返原能够说是一样的，通常在TPI和NR共混中，为了让TPI的优良特性取得更好的表达，添加份数在2030份，依照数据给咱们的趋势,咱们有理由推断，在2030份的添加中，杜仲胶的硫化返原会小于TPI,而在较大比例的添加中，TPI必需考虑硫化返原关于实际生产的阻碍。2.3门尼粘度门尼粘度是考核胶料加工性能的重要指标。实际生产中关于门尼粘度的操纵是比较精准的，专门是对后续的挤出工艺也有较大的阻碍，因此，咱们超级关切杜仲胶的加入关于门尼粘度带来的改变一下是门尼粘度的数据：表2.3混炼胶门尼粘度DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ4DZ-5DZ-6配方编号r*杜仲胶一TPINR5101551015门尼粘度66645645656468通过数据咱们不难发觉，添加TPI的胶料，不管是几份，其门尼粘度转变不大，先降后升，但始终在能够同意的范围内，不用关于配方和工艺进行调整；而添加杜仲胶的胶料，其门尼粘度的下降和添加份数成正比，添加15份的更是跌到了45。具体缘故如下：依照付炳秀关于TPI在TPI/NR共混结构的微观结构的研究以为：TPI/NR并用比不同，TPI/NR并用胶中TPI的结晶度转变不大，稍低于纯TPI的结晶度，说明TPI和NR共混大体没有阻碍其本身的结晶。三.硫化胶性能3.1硫化胶大体力学性能表3.1硫化胶大体力学性能D7-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-6配方编号杜仲胶TPINR5101551015硬度邵尔A74757476747474扯断伸长率%455491489506456445419拉伸强度MPa25.327326.426.625.825.524.9100%定伸应力Mpa3.574.083.803.743.833.854.29300%定伸应力Mpa15.416315314.516.516.417.4扯断永久变形%22.426.826.029.218.820.419.2撕裂强度kN/m61.361.174.282.657.253.650.7回弹性%50504845525450从整体上看，添加杜仲胶的配方在大体力学性能上要好于添加TPI的配方。二者在硬度上，与天然胶不同不大。在拉伸强度上，不同比例的杜仲胶配方均好于TPI的配方，而且添加杜仲胶的配方比纯NR配方在拉伸强度上高l2Mpa。在扯断伸长率上也表现出相同的趋势一一杜仲胶配方均好于TPI配方且比纯NR配方高约4050%。在撕裂强度上亦是如此一一杜仲胶配方均好于TPI配方，在那个地址值得一提的是，随着杜仲胶添加比例的增大，其撕裂强度也增大,添加15份的配方撕裂强度乃至到了82.6kN/m!相较较而言，添加TPI的配方撕裂强度均小于纯NR配方，且其减小程度与添加份数成正比。而在添加10份TPI的扯断伸长率和添加15份TPI的扯断伸长率和拉伸强度均小于纯NR的配方。这说明，在较高比例的替代中，TPI损失了较多的物理性能。在100%和300%定伸应力上，除添加5份杜仲胶的100%定伸应力好于添加5份的TPI的配方，其余添加TPI的配方在这两项性能上均好于添加杜仲胶的配方，但二者均好于纯NR配方。在扯断永久变形上，添加TPI的三种配方均好于添加杜仲胶的配方，而添加杜仲胶的配方的永久变形乂比纯NR的配方要大。一样，添加TPI的配方在回弹性上也好于添加杜仲胶的配方。咱们对试样进行100CX24h热空气老化，老化并停放后进行拉伸强度和扯断伸长率的测试，并计算出转变率，数据如下：表3.2老化性能配方编号DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-65杜仲胶10155TPI1015NR硬度77798081777977老化后322338334307296262277扯断伸长率老化前455491489506456445419变化率-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拉伸强度老化前Mpa25.327326.426.625.825.524.9变化率%-10.3-10.6-14.8-22.9-18.6-27.8-20.5咱们发觉，关于添加5份和10份的配方，杜仲胶的老化性能，不管是拉伸强度仍是扯断伸长率的转变率，均好于TPI；而关于添加15份的配方中，TPI的老化性能却好于杜仲胶，但均比纯R的配方要差。咱们能够以为，在较低比例的添加中，杜仲胶能够取得更好的老化性能。3.3转动阻力转动阻力、耐磨性和抗湿滑性并列为轮胎的三大重要利用性能。而通过对胶料动态性能的评判，更能反映出不同操作油对胎面胶利用性能的阻碍。而这三大性能之间是相互矛盾、此消彼长的关系，故也被称之为“魔鬼三角”。因此咱们在比较着三种性能的时候要更多的考虑三者的综合性能，而不能简单的过度看重其中一项性能的突出与否。采纳转动阻力实验仪对添加不同油品的胶料进行了转动阻力实验，转动阻力越小，动态变形和动态生热均是越小越好，说明轮胎耗油越少，值的注意的是那个地址的转动阻力和轮胎成品检测转动阻力是完全不同的，轮胎的转动阻力还和轮胎结构、花纹等有关，而胶料的转动阻力能从本质上决定轮胎抓着性能，是不是省油，是胎面胶的关键性能。表3.3转动阻力数据对照DZ-0DZ-1卜一DZ-2DZ-3DZ4DZ-5DZ-6配方编号杜仲胶TPINR5101551015滚动阻力J/rev1.631.621.621.511.661.541.53动态变形mm1.131.111.070.91.141.161.08动态生热13.413.01011.111.113.712.6对照数据咱们不难发觉，关于添加5份和15份的配方来讲，杜仲胶的转动阻力小于TPI。而只有在添加了15份杜仲胶和10份以上的TPI的转动阻力才比天然胶显示出了比较大的减小。咱们以为，这是由于杜仲胶和TPI都属于结晶性橡胶的缘故，只有当填充抵达必然比例时，这种结晶性才能在数据上有所表达，而且，TPI的结晶性会好于杜仲胶，因此一样是添加10份，TPI会使得转动阻力更小。而动态变形和动态生热，杜仲胶是好于TPI的（除添加5份的动态生热）。3.4紧缩生热表3.4紧缩生热数据对照DZ-0DZ-1DZ-2DZ-3DZ-4DZ-5DZ-6配方编号杜仲胶-TPINR5101551015终动压缩率%8.48.68.79.87.87.87.0疲劳温升31.135.032.035.331.028.730.1永久变形%3.95.14.55.74.13.64.0咱们通过数据发觉，凡是添加TPI的配方，比天然胶的生热低，而添加杜仲胶的配方，比天然胶的生热要高。缘故是，加入TPI的胶料，由于微晶的存在，部份能量消耗在了结晶的溶解上，因此疲劳温升较天然胶和杜仲胶较低。这也是TPI/杜仲胶优良动态性能的缘故之一。3.5屈挠龟裂实验采纳XP-16型橡胶耐疲劳龟裂实验机，符合国标GB/T13934-13935-2006,橡胶疲劳龟裂实验机用于测定硫化橡胶反复屈挠后的龟裂性能，达到裂口级别时屈挠次数越多，材料的屈挠龟裂性能越好。实验条件如下，温度21,相对湿度35%RH,实验频率310r/min,实验结果列于表8。因为本实验采纳胎面胶的配方，因此并非像胎侧胶一样要求专门良好的耐屈挠性能。但这项实验通过模拟应力作用，并观看裂口那个疲劳现象对胶料的疲劳性能做出重要评判，能够专门好的作为反映硫化胶抗变形能力。表3.5屈挠龟裂实验数据配方编号DZ-0DZ-1DZ-2杜仲胶DZ-3DZ4DZ-5TPIDZ-6NR5101551015三级裂口万次4.510.510.513.566/六级裂口万次7.5613.5187.510.512通过数据咱们不难发觉，加入杜仲胶和TPI的其屈挠性能均比纯NR要好，而添加杜仲胶配方的屈挠性能更好。这再次印证了杜仲胶优良的动态性能，为咱们下一时期的工作提供了宝贵的数据。四.总结通过本时期的实验，咱们能够得出结论，在与天然胶（NR）低比例的共混中,杜仲胶比TPI会给予胶料更好的综合性能。混炼胶中，杜仲胶有增进硫化的偏向，而且会降低门尼粘度。硫化胶中，杜仲胶的部份大体力学性能、老化性能、混动阻力和屈挠龟裂均好于TPI。杜仲胶在全钢子午线轮胎中的应用仍是很有前景的，可是还要结合杜仲胶的特性和本时期功效对配方进行调整，咱们期待在下一时期工作中能够进行进一步的探讨。