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三元乙丙橡胶在斜交轮胎硫化用橡胶制品中的应用


                       三元乙丙橡胶在斜交轮胎硫化用橡胶制品中的应用
                              董秀玲,张元赞,于信伟,程跃伟,刘 娟
                 (三角轮胎股份有限公司,山东威海 264200)
    摘要:研究三元乙丙橡胶(EPDM)在斜交轮胎硫化用橡胶制品中的应用情况。结果表明:在斜交轮胎硫化用橡胶制品配方中添加一定量的EPDM,虽然胶料的物理性能有所下降,但能满足要求,胶料的耐热老化性能大幅提高,橡胶制品使用寿命延长,生产成本降低。
    关键词:三元乙丙橡胶;斜交轮胎;硫化;橡胶制品;耐老化性能;使用寿命;生产成本
    中图分类号:TQ333.4;TQ336.1+5/+9  文献标志码:A  文章编号:1006-8171(2014)05-0293-03
    随着轮胎原材料价格普涨,斜交轮胎生产成本增大,为降低生产成本,提高斜交轮胎生产用橡胶制品的利用率、降低辅助材料消耗,是目前配方技术人员需要改进的一项工作。用于斜交轮胎生产的橡胶制品主要涉及橡胶模垫、硫化用水胎嘴子垫等。由于橡胶模垫和硫化用水胎嘴子垫均是在长时间高温、高压条件下使用的,要求所用胶料具有较好的耐热氧老化性能和耐压缩永久变形性能。目前,斜交轮胎生产用橡胶制品的基础原材料主要是天然橡胶(NR),由于其是高不饱和橡胶,耐热、耐臭氧和耐天候老化性能较差,致使橡胶制品使用寿命受到严重影响。
    三元乙丙橡胶(EPDM)是乙烯、丙烯和少量非共轭二烯烃的共聚物,是一种低不饱和橡胶,相对于NR而言具有耐热、耐臭氧和耐天候老化性能优良的特点。但EPDM 硫化速度慢,粘合性能差,加入炭黑后不易混炼,加工性能不好。一定条件下,在NR中掺入一定量的EPDM,不仅可以改善胶料的加工性能,还能显著提高硫化胶的耐热性能与耐天候老化性能。
    本工作将NR与EPDM 并用,探讨最佳并用比,以期延长斜交轮胎硫化用橡胶制品使用寿命。
    1 实验
    1.1 主要原材料
    EPDM,牌号6250,第三单体为5-亚乙基-2-降冰片烯,朗盛化学公司产品;NR,SMR20,马来西亚产品;炭黑N330,河南双信股份有限公司产品;防老剂4020,泰安圣奥化工有限公司产品;防老剂RD和促进剂TMTD,威海荣成化工总厂有限公司产品;硫化剂DCP,莱茵化学青岛有限公司产品。
    1.2 配方
    1# 试验配方:NR/EPDM 70/30,炭黑N330 50,氧化锌 5,硬脂酸 2,硫化剂DCP 2,硫黄 0.3,促进剂TMTD 2,其他 5。
    2# 试验配方:NR/EPDM 50/50,炭黑N330 50,氧化锌 5,硬脂酸 2,硫化剂DCP 2,硫黄 0.3,促进剂TMTD 2,其他 5。
    3# 试验配方:EPDM 100,炭黑N330 50,氧化锌 5,硬脂酸 2,硫化剂DCP 6,硫黄 0.3,其他 5。
    生产配方:NR 100,炭黑N330 50,氧化锌 5,硬脂酸 2,硫黄 0.3,促进剂TMTD 2.7,其他 7.65。
    1.3 主要设备和仪器
    XK-160型开炼机,上海橡胶机械厂产品;XLB-Q400×400×2型平板硫化机,上海第一橡胶机械厂产品;ODR2000型硫化仪和T2000型拉力机,美国孟山都公司产品。
    1.4 试样制备
    1.4.1 小配合试验
    生胶在XK-160型开炼机上薄通后,包辊,再按常规混炼方法加入配合剂,混炼均匀后下片。
    1.4.2 大配合试验
    胶料在GK270型密炼机上采用两段混炼工艺混炼。一段混炼加料顺序为:生胶→小料→炭黑→下片,停放4h;二段混炼加料顺序为:一段混炼胶→促进剂、硫化剂→下片,冷却停放。
    1.5 性能测试
    各项性能均按照相应国家或企业标准进行测试。
    2 结果与讨论
    2.1 小配合试验
    小配合试验结果如表1所示。
    
    从表1可以看出:与生产配方相比,采用EPDM等量部分替代NR后,随着EPDM 用量的增大,并用胶物理性能下降,这一方面可能是EPDM硫化胶本身物理性能较差,EPDM 用量的增大使并用胶两相分散状态发生变化,由以NR为连续相过渡到以EPDM 为连续相,并用胶物理性能下降;另一方面可能受到并用胶分散结构的影响。EPDM/NR并用比为50/50时,胶料的定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率及老化后性能保持率等物理性能均很差,这可能是由于NR和EPDM形成了各自连续的层状结构,二者不相容的特点决定其界面间相互作用微弱,因此共混胶物理性能变差。根据橡胶模垫、硫化用水胎嘴子垫使用特点,胶料需要适中的硬度、拉伸强度、拉断伸长率以及较低的拉断永久变形、优异的耐老化性能,综合胶料物理性能与加工性能,1# 试验配方最符合配方设计要求。
    2.2 大配合试验
    根据小配合试验结果,选用1# 试验配方进行大配合试验,结果如表2所示。
     
    从表2可以看出,1# 试验配方的定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率低于生产配方,拉断永久变形总体略高于生产配方,但胶料老化后性能变化率明显小于生产配方,说明1# 试验配方胶料的耐老化性能大幅提高。将大、小配合试验结果进行对比可知两者基本保持一致,1# 试验配方能够满足橡胶模垫、硫化水胎嘴子垫胶料的物理性能要求。
    2.3 斜交轮胎硫化用橡胶制品成品性能
    选用1# 试验配方试制斜交轮胎硫化用橡胶制品,并与正常生产用制品进行使用寿命对比,结果如表3所示。
    
    从表3可以看出,与正常生产用橡胶制品相比,采用1# 试验配方试制的斜交轮胎硫化用橡胶制品的使用寿命大幅提高,可达到正常生产用橡胶制品的2倍左右。
    2.4 成本分析
    在斜交轮胎硫化用橡胶制品配方中添加一定量的EPDM,按照公司目前斜交轮胎硫化用橡胶制品的年产量与使用寿命计算,每年可节约成本约10万元,具有明显的经济效益。
    3 结论
    在斜交轮胎硫化用橡胶制品配方中添加一定量的EPDM,胶料的定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率有所降低,但能满足物理性能要求且耐老化性能明显改善,斜交轮胎硫化用橡胶制品的使用寿命可提高1倍左右,大大降低了生产成本,具有可观的经济效益。


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