中國橡膠網(wǎng)訊 防老劑4020具有抗臭氧老化效果優(yōu)異，綜合防護效果好以及耐水抽出的特點，已替代4010NA成為輪胎中最常用的抗臭氧老化龜裂和耐屈撓龜裂類防老劑。但4020熔點低，在夏秋季節(jié)以及長時間海運途中，由于氣溫較高、堆積壓力大等原因，容易發(fā)生熔融，造成大面積結(jié)塊，不僅給稱量、投料等環(huán)節(jié)帶來不便，也會對產(chǎn)品的防老化性能產(chǎn)生一定的不良影響。4020-80很好地解決了4020的這一缺陷，同時在膠料中更容易分散。產(chǎn)品中的防老劑F組分與4020有良好協(xié)同作用，保證了4020-80與4020等量添加后性能一致。
本課題主要研究抗臭氧升級防護劑4020-80與4020 在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的對比應(yīng)用情況。
一、實驗
1. 原材料
防老劑4020，江蘇圣奧化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品；防老劑4020-80，江蘇愛特恩高分子材料有限公司產(chǎn)品；NR，廣州市匯豐橡膠（集團）有限公司；SBR，中國石油蘭州石化公司；BR-9000，中國石化北京燕山石化有限公司；氧化鋅（含量99.7%），山東淄博海順鋅業(yè)有限公司；炭黑N220、炭黑N660，卡博特炭黑公司；白炭黑：確成硅化學(xué)股份有限公司；硬脂酸，吉林市大宇化工有限公司；防護蠟，德國萊茵化學(xué)萊腦有限公司上海分公司；防老劑RD，中國石化南化公司；抗疲勞劑 PL600，常州市五洲化工有限公司；環(huán)保芳烴油，寧波漢圣化工有限公司；促進劑NS，山東尚舜化工有限公司；硫磺，中國石化安慶石化有限公司。
2.配方
生產(chǎn)配方T1：NR 60，BR 20，SBR 20，炭黑 50，白炭黑 15，氧化鋅 4，硬脂酸 2.5，防老劑4020 1，防老劑RD 1.5，防護蠟 1，環(huán)保芳烴油 7， 促進劑NS 1.2，S 1.3，合計184.5。
試驗配方T2：防老劑4020-80等量替代4020，其它同生產(chǎn)配方。
3.主要試驗設(shè)備和儀器
XK -160型開煉機，50噸四柱平板硫化機，湖州橡膠機械廠；橡膠密煉機（1L），東莞市正工機電設(shè)備科技有限公司；F370密煉機，大連冰山橡塑股份有限公司；GK255N型密煉機, 益陽益神橡膠機械有限公司產(chǎn)品；BE-MY-7100型硫化儀，江都市新真威試驗機械有限責任公司；WGJ-2500BⅡ型電子拉力機，廣西師范大學(xué)秀峰電器廠；HX-267型阿克隆磨耗機，揚州華輝檢測儀器有限公司；LX-A橡膠邵爾氏硬度計，江都市騰達試驗儀器廠。
4.試樣制備
小配合試驗?zāi)z料采用兩段混煉工藝，一段混煉在1 L密煉機中進行，將生膠與炭黑、白炭黑、防老劑4020、RD和氧化鋅等混煉均勻，二段混煉在開煉機上進行，向膠料中加入促進劑和硫黃。
大配合試驗采用三段混煉工藝，一段、二段混煉在F370型密煉機中進行，終煉在 GK255N型密煉機中進行。
5.性能測試
膠料性能均按相應(yīng)國家、行業(yè)或企業(yè)標準測試。
二、結(jié)果與討論
1.理化分析
防老劑4020-80與4020的理化分析結(jié)果見表1。
表1 防老劑4020-80與4020的理化分析結(jié)果
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指標項目 |
指標 |
|
|
4020-80 |
4020 |
|
|
外觀 |
灰紫色至紫褐色片狀或顆粒 |
紫褐色至紫黑色顆粒 |
|
4020純度/% |
≥96.0 |
≥76.8 |
|
有效含量/% |
≥96.0 |
≥92.0 |
|
初熔點/°C |
≥45.0 |
≥70.0 |
|
加熱減量/% |
≤0.3 |
≤0.3 |
|
灰分/% |
≤0.15 |
≤15.0 |
由表1可知，防老劑4020-80與 4020的防老化有效含量接近，4020-80初熔點比4020的熔點高25°C，非常有效防止高溫結(jié)塊。
2.結(jié)塊試驗
將等質(zhì)量（200g）的防老劑4020-80與4020置于EVA透明樣品袋中，并給予2kg重物壓力，置于42°C恒溫箱中2h后取出樣品冷卻至室溫，觀察兩者的變化情況，見表2，可見防老劑4020-80具有優(yōu)良的防結(jié)塊效果。
表2 防老劑4020-80與4020的結(jié)塊試驗結(jié)果
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溫度 |
壓力 |
結(jié)塊情況 |
|
|
4020-80 |
4020 |
||
|
42°C |
2kg |
保持原樣，無結(jié)塊現(xiàn)象 |
大范圍熔融并結(jié)塊 |
3.小配合試驗
小配合試驗測試數(shù)據(jù)見表3。由表3可以看出，與防老劑4020膠料對比，防老劑4020-80膠料定伸應(yīng)力略大，拉斷伸長率略低，但差異非常?。焕鞆姸取⒂谰米冃?、彈性、撕裂、磨耗性能基本一致；靜態(tài)及動態(tài)防護效果(疲勞及屈撓性能) 非常接近，若考慮系統(tǒng)誤差，可視為完全一致。
表3 防老劑4020-80與4020的小配合試驗結(jié)果
|
項目 |
生產(chǎn)配方T1 |
試驗配方T2 |
項目 |
生產(chǎn)配方T1 |
試驗配方T2 |
|
門尼粘度[ML(1+4)100°C] |
68 |
66 |
密度/g·cm-3 |
1.18 |
1.18 |
|
門尼焦燒時間（125°C） |
老化性能（100°C×72min） |
||||
|
t5/min |
18.35 |
19.22 |
100%定伸應(yīng)力/MPa |
4.85 |
5.01 |
|
t35/min |
22.13 |
23.16 |
300%定伸應(yīng)力/MPa |
18.36 |
18.74 |
|
硫化儀數(shù)據(jù)（151°C） |
拉伸強度/MPa |
20.3 |
20.1 |
||
|
t10/min |
4.55 |
4.86 |
扯斷伸長率/% |
326 |
318 |
|
t50/min |
7.33 |
7.87 |
撕裂強度/KN·m-1 |
131 |
130 |
|
t90/min |
12.56 |
13.24 |
疲勞老化性能（10萬次屈撓） |
||
|
ML/dN·m |
2.90 |
2.88 |
100%定伸應(yīng)力/MPa |
4.8 |
5.0 |
|
MH/dN·m |
14.01 |
13.69 |
300%定伸應(yīng)力/MPa |
14.6 |
14.9 |
|
硫化膠機械性能（151°C×30min） |
拉伸強度/MPa |
23.6 |
23.4 |
||
|
邵爾A型硬度/度 |
70 |
70 |
扯斷伸長率/% |
416 |
410 |
|
100%定伸應(yīng)力/MPa |
4.5 |
4.6 |
曲撓裂口增長/mm |
||
|
300%定伸應(yīng)力/MPa |
13.8 |
14.1 |
3000r |
4.0 |
4.0 |
|
拉伸強度/MPa |
24.6 |
24.5 |
4500r |
4.1 |
4.1 |
|
拉斷伸長率/% |
513 |
506 |
7500 r |
4.4 |
4.5 |
|
拉斷永久變形/% |
22 |
22 |
12000 r |
5.9 |
5.8 |
|
撕裂強度/kN·m-1 |
155 |
153 |
18000 r |
6.8 |
6.8 |
|
回彈值/% |
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.大配合試驗
防老劑4020-80在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的大配合試驗結(jié)果見表4。由表4可以看出，大配合試驗中防老劑4020-80防老劑4020膠料的對比情況與小配合基本一致，但4020-80對膠料的動態(tài)防護性能比小配合結(jié)果更好一些。整體而言，兩種防老劑無論是對膠料的硫化特性、物理機械性能還是防護效果都基本相當，在橡膠配方中可等質(zhì)量使用。
表4 防老劑4020-80與4020的大配合試驗結(jié)果
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項目 |
生產(chǎn)配方T1 |
試驗配方T2 |
項目 |
生產(chǎn)配方T1 |
試驗配方T2 |
|
門尼粘度[ML(1+4)100°C] |
47 |
45 |
密度/g·cm-3 |
1.16 |
1.16 |
|
門尼焦燒時間（125°C） |
老化性能（100°C×72min） |
||||
|
t5/min |
22.36 |
22.69 |
100%定伸應(yīng)力/MPa |
4.88 |
5.09 |
|
t35/min |
29.56 |
30.2 |
300%定伸應(yīng)力/MPa |
19.12 |
19.35 |
|
硫化儀數(shù)據(jù)（151°C） |
拉伸強度/MPa |
18.36 |
18.01 |
||
|
t10/min |
10.12 |
10.33 |
扯斷伸長率/% |
310 |
312 |
|
t50/min |
12.55 |
12.68 |
撕裂強度/KN·m-1 |
135 |
134 |
|
t90/min |
20.04 |
20.13 |
疲勞老化性能（10萬次屈撓） |
||
|
ML/dN·m |
1.85 |
1.82 |
100%定伸應(yīng)力/MPa |
4.8 |
5.0 |
|
MH/dN·m |
15.66 |
15.81 |
300%定伸應(yīng)力/MPa |
13.5 |
13.4 |
|
硫化膠機械性能（151°C×30min） |
拉伸強度/MPa |
20.3 |
19.8 |
||
|
邵爾A型硬度/度 |
70 |
70 |
扯斷伸長率/% |
356 |
344 |
|
100%定伸應(yīng)力/MPa |
4.0 |
4.2 |
曲撓裂口增長/mm |
||
|
300%定伸應(yīng)力/MPa |
12.8 |
13.0 |
3000r |
3.2 |
3.3 |
|
拉伸強度/MPa |
22.6 |
22.5 |
4500r |
3.4 |
3.4 |
|
拉斷伸長率/% |
432 |
425 |
7500 r |
3.9 |
3.8 |
|
拉斷永久變形/% |
18 |
17 |
12000 r |
4.4 |
4.2 |
|
撕裂強度/kN·m-1 |
140 |
141 |
18000 r |
5.5 |
5.3 |
|
回彈值/% |
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、結(jié)論
1.防老劑4020-80在較高溫度且受到一定壓力的情況下，可保持原樣，無結(jié)塊現(xiàn)象，普通防老劑4020則有明顯結(jié)塊現(xiàn)象。
2.小配合及大配合試驗數(shù)據(jù)都表明，兩種防老劑等量使用的情況下，無論是對膠料的硫化特性、物理機械性能還是防護效果都基本相當，4020-80在克服結(jié)塊缺陷的同時，保證了優(yōu)良的防護性能及對膠料其他性能不產(chǎn)生任何不良影響。
3.在輪胎工業(yè)生產(chǎn)過程中，防老劑4020-80可等量等效替代4020，擁有廣泛的應(yīng)用和廣闊的市場。
