高含量防老劑S-TMQ在全鋼載重子午線輪胎中的應(yīng)用

周 重，孫 丹，辛軍輝，何井武

（山東永盛橡膠集團(tuán)有限公司，山東 東營(yíng) 257335）

防老劑TMQ是2，2，4-三甲基-1，2-二氫化喹啉聚合體，具有耐熱氧老化作用，在全鋼載重子午線輪胎配方中廣泛使用[1-3]。防老劑TMQ中含50余種物質(zhì)，其有效成分是二、三、四聚體，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為50%左右，其他成分是非有效成分，會(huì)對(duì)膠料的性能產(chǎn)生一定的影響[4-7]。由于防老劑TMQ的價(jià)格不斷上漲，導(dǎo)致全鋼載重子午線輪胎生產(chǎn)成本不斷上升[8-10]。因此選用一種能降低輪胎原材料成本，而又不影響輪胎質(zhì)量的新型防老劑品種是配方設(shè)計(jì)工程師亟待解決的問(wèn)題。

高含量防老劑S-TMQ是圣奧化學(xué)科技有限公司開發(fā)的新產(chǎn)品，其有效成分二、三、四聚體含量大幅提升，占總含量的80%左右，用于輪胎配方中可減小防老劑用量，有利于環(huán)保。本工作主要研究高含量防老劑S-TMQ在全鋼載重子午線輪胎胎側(cè)膠和胎冠膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；高含量防老劑S-TMQ和防老劑RD，圣奧化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品；炭黑N375和N234，河北龍星化工股份有限公司產(chǎn)品；白炭黑，山東青州聯(lián)科有限公司產(chǎn)品；硫黃，無(wú)錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑TBBS，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

1.2.1 胎側(cè)膠配方

生產(chǎn)配方：NR 50，順丁橡膠 50，炭黑N375

50，氧化鋅 3，硬脂酸 2，芳烴油 8，防老劑RD 1.5，硫黃 1.5，促進(jìn)劑TBBS 0.9，其他 5。

試驗(yàn)配方：采用0.9份高含量防老劑S-TMQ代替1.5份防老劑RD，其他組分及用量同生產(chǎn)配方。

1.2.2 胎冠膠配方

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑N234 43，白炭黑 10，氧化鋅 4，硬脂酸 2，芳烴油 3，防老劑RD 1.5，硫黃 1.7，促進(jìn)劑TBBS 1.4，其他 4.5。

試驗(yàn)配方：采用0.9份高含量防老劑S-TMQ代替1.5份防老劑RD，其他組分及用量同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，東莞市科銳儀器科技有限公司產(chǎn)品；GK400型和GK255型密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XLB-Q600×600×3型平板硫化機(jī)，上海橡膠機(jī)械一廠有限公司產(chǎn)品；雙工位機(jī)床試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀、MV2000型門尼粘度儀和T2000型拉力機(jī)，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗(yàn)

胎側(cè)膠小配合試驗(yàn)生產(chǎn)配方膠料和試驗(yàn)配方膠料混煉均在XK-160型開煉機(jī)上進(jìn)行。

加料順序?yàn)椋荷z→氧化鋅、硬脂酸、防老劑→炭黑N375→芳烴油→硫黃和促進(jìn)劑→下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)生產(chǎn)配方膠料和試驗(yàn)配方膠料均為兩段混煉工藝，一段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行、二段混煉在GK255型密煉機(jī)中進(jìn)行。

（1）胎側(cè)膠。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為48 r·min-1，混煉工藝為：加生膠、小料和炭黑（30 s）→壓壓砣（50 s）→提壓砣注油→清掃→壓壓砣（30 s）→排膠。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝為：加一段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑（10 s）→提壓砣（10 s）→清掃→壓壓砣→清掃→壓壓砣（30 s）→排膠。

（2）胎冠膠。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，混煉工藝為：加生膠、小料和炭黑（30 s）→壓壓砣（50 s）→提壓砣注油→清掃→壓壓砣（30 s）→排膠。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝為：加一段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑（10 s）→提壓砣（10 s）→清掃→壓壓砣→清掃→壓壓砣（30 s）→排膠。

1.5 性能測(cè)試

膠料各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

高含量防老劑S-TMQ和防老劑RD的理化性能如表1所示。

從表1可以看出：與防老劑RD相比，高含量防老劑S-TMQ的二、三、四聚體總含量大幅提升了約60%，灰分含量和乙醇不溶物含量略微減小，說(shuō)明高含量防老劑S-TMQ具有較高的有效成分含量和較低的雜質(zhì)含量；異丙基二苯胺含量明顯減小，說(shuō)明高含量防老劑S-TMQ對(duì)膠料硫化特性的負(fù)面影響減小。

表1 高含量防老劑S-TMQ和防老劑RD的理化性能

2.2 高含量防老劑S-TMQ在胎側(cè)膠中的應(yīng)用

胎側(cè)膠小配合和大配合試驗(yàn)結(jié)果分別如表2和3所示。

從表2和3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的t10和t90略有延長(zhǎng)，但在技術(shù)接受范圍內(nèi)；大配合和小配合試驗(yàn)?zāi)z料的門尼粘度、老化前后的物理性能相當(dāng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，在胎側(cè)膠配方中使用0.9份高含量防老劑S-TMQ代替1.5份防老劑RD時(shí)，膠料的硫化特性和防老化效果處于同一水平。

表2 胎側(cè)膠小配合試驗(yàn)結(jié)果

表3 胎側(cè)膠大配合試驗(yàn)結(jié)果

2.3 高含量防老劑S-TMQ在胎冠膠中的應(yīng)用

胎冠膠大配合試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，試驗(yàn)配方與生產(chǎn)配方膠料的硫化特性和物理性能相當(dāng)。說(shuō)明在胎冠膠配方中使用0.9份高含量防老劑S-TMQ代替1.5份防老劑RD完全可行。

表4 胎冠膠大配合試驗(yàn)結(jié)果

2.4 成品輪胎耐久性能

用生產(chǎn)配方和試驗(yàn)配方膠料各生產(chǎn)了一批11.00R20全鋼載重子午線輪胎進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。按GB/T 4501—2016進(jìn)行測(cè)試。輪胎耐久性試驗(yàn)累計(jì)行駛時(shí)間超過(guò)47 h即為合格品，超過(guò)77 h即可達(dá)到優(yōu)級(jí)品要求。成品輪胎的耐久性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5可以看出，生產(chǎn)配方與試驗(yàn)配方成品輪胎的耐久性試驗(yàn)結(jié)果相當(dāng)，11.00R20成品輪胎均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)級(jí)品水平，且跟蹤本批試驗(yàn)全鋼載重子午線輪胎的市場(chǎng)使用，均未出現(xiàn)異常情況。

表5 成品輪胎的耐久性能測(cè)試結(jié)果

2.5 成本分析

以高含量防老劑S-TMQ減量40%替代防老劑RD，全鋼載重子午線輪胎胎側(cè)膠和胎冠膠膠料成本可降低約0.07元·kg-1。公司年產(chǎn)7.3萬(wàn)t胎冠膠膠料和3萬(wàn)t胎側(cè)膠膠料，每年可節(jié)約配方設(shè)計(jì)成本約721萬(wàn)元，顯著降低了生產(chǎn)成本。

3 結(jié)語(yǔ)

在全鋼載重子午線輪胎胎側(cè)膠和胎冠膠配方中采用高含量防老劑S-TMQ減量40%替代防老劑RD，膠料的硫化特性和老化前后物理性能相當(dāng)，成品輪胎的耐久性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)級(jí)品水平，且減少了生產(chǎn)過(guò)程中廢水和廢氣的排放，有益于環(huán)境保護(hù)，同時(shí)可降低生產(chǎn)成本。