轮胎变

轮胎胎侧变原因分析

来源:中国化工信息网 2006年10月27日

以前，我公司轮胎胎面胶和胎侧胶配方中防老剂用量偏大而且种类较多，既不利于降低成本，又影响产品外观质量。芳烃油由于对改善轮胎性能比较有利且价位较低，在轮胎配方中已被广泛采用，但其主要成分芳香烃不饱和度相对较高，比较容易出现氧化变现象，这是导致轮胎变的因素之一。

本研究结合目前轮胎胎侧生产配方实际情况，重点针对容易导致轮胎发红、变的不饱和度相对较高的防老剂和操作油进行对比试验。

1 实验

1.1 主要原材料

试验原材料为公司正常生产用原材料。主要防老剂特性分析如表1所示，主要操作油特性分析如表2所示。

表1 主要防老剂特性分析结果

防老剂	类别	质量分数	特性	外观
4010NA	对苯二胺	≥0.92	易喷霜	灰紫、紫褐
H	对苯二胺		易喷霜	浅棕
BLE-W	酮芳胺	≥0.63	易迁移	深棕
JOL	酮芳胺	≥0.65		灰白
RD	酮芳胺		不喷霜	琥珀

表2 主要操作油特性分析结果

操作油	主体成分	粘度	与橡胶相容性	硫化速度	抗变性
芳烃油	芳香烃	高	好	快	不良
机油	链烷烃	低	差	慢	好

1.2 试验配方

B系列配方见表3。

表3 B系列配方份

原材料	B1	B2	B3	B4	B5	B6	B7
防老剂4010NA	1.5	1	0	1.5	1.5	1.5	1.5
防老剂H	0.25	0.25	0.25	0.15	0	0.25	0.25
防老剂JOL	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7	0.85	0
防老剂BLE-W	0	0	0	0	0	0	0
防老剂RD	0	0	0	0	0	0	0
芳烃油	5.5	5.5	5.5	5.5	防老剂rd 5.5	5.5	5.5
20#机油	0	0	0	0	0	0	0

注：B系列基本配方为NR/BR/SBR 100，炭黑NG60/N330 50，氧化锌8，硬脂酸2.5，硫化剂2.2，其它3.3。

续表3

原材料	B8	B9	B10	B11	B12	B13	B14
防老剂4010NA	1.5	1.5	1.5	1.5	1.3	1.3	1.3
防老剂H	0.25	0.25	0.25	0.25	0.2	0.2	0
防老剂JOL	0	0	1.7	1.7	1.3	0	0
防老剂BLE-W	0.75	1.5	0	0	0	1.3	0
防老剂RD	0	0	0	0	0	0	1.2
芳烃油	5.5	5.5	4	0	4	0	5.5
20#机油	0	0	0	5.5	0	4	0

C系列基本配方为NR/BR/SBR 100，炭黑N660/N300 50，氧化锌8，硬脂酸2.5，硫化剂2.2，其它3.3。配方C1基本配方；配方C2和C3分别加2和3份防老剂4010NA；配方C4-C6和C8分别加3份防老剂BLE-W，JOL，RD和A；配方C7加6份防老剂RD；配方C9和C10分别加20份芳烃油和20#机油。

1.3 试样制备

试验配方胶料混炼采用分段混炼方式，二段胶均采用同一辊一段母炼胶，既降低了劳动强度，又减小了试验的人为误差。

(1)一段母炼胶制备

生胶压合→薄通3次→氧化锌、硬脂酸、石蜡、硫化剂DTDM、古马隆树脂、防焦剂CTP、炭黑N660和N330、硫黄、促进剂NOBS→小料吃尽后走4刀→薄通6次，下片。

(2)终炼胶制备

一段母炼胶→薄通3次→防老剂→小料吃尽后加操作油→薄通6次，下片。

(3)硫化

在实验室平板硫化机上硫化，每个配方取2个试样，硫化条件为143℃×40 min。

1.4 试验条件

为了在相对较短的试验周期内客观真实地反映出试验配方的变性差异，在露天曝晒条件下，用肉眼对试样进行变性观测。为避免雨水冲刷造成防老剂损失而对试验结果判定产生不利影响，试验过程中试样不被雨淋，停放前试样表面无变情况。

2 结果与讨论

2.1 B系列配方

B系列配方试验结果如表4所示。停放自2005年7月4日开始，胶料停放初期变比较剧烈，试验后期试样变差异情况趋于稳定。

表4 B系列配方试验结果

停放日期

B10

B11

B12

B13

B14

7月4日

7月5日

√1

7月7日

√1

√

√1

√

7月8日

√1

√

√1

√

√1

√

7月11日

√1

√

√1

√

√1

√

7月13日

√1

√

√1

√

√1

√

7月25日

√1

√

√1

√

√1

√

7月26日

√1

√

√1

√

√1

√

7月27日

√1

√

√1

√

√1

√

注；×-没变，√-轻微变；√1-明显变。

(1)通过配方B1-B3对比结果可以看出，现行胎侧胶生产配方B1防老化体系抗变能力较差。在露天曝晒条件下，短期停放2-3 d就出现比较明显的发红、变现象，而防老剂4010NA减量的配方B2仅出现了极其轻微的变，取消防老剂4010NA的配方B3则没有变现象。

这是由于对苯二胺类防老剂4010NA在橡胶中溶解度相对较低、易喷霜，在阳光照射及热、氧条件下容易产生发红、变现象，证明导致胎侧胶配方发红变的析出物中含有较高的防老剂4010NA。从保证胎侧在使用过程中不出现明显发红变质量问题看，防老剂4010NA最大用量不宜超过1份，这与其在橡胶中的溶解度理论值基本吻合。

(2)通过配方B1，B4和B5对比试验结果可以看出，对苯二胺类防老剂H减量或取消后，天候老化试样均有比较明显的发红现象，而且两者(配方B4和B5)差异不大，证明防老剂H添加量在其溶解度范围之内，不是导致胶料变的主要因素。

(3)通过配方B1，B6和B7对比试验结果可以看出，酮芳胺类防老剂JOL减量或取消后，试样仅出现轻微的发红变现象，与配方B1相比明显减弱，证明防老剂JOL的溶解度相对较低，是容易导致胶料发红变的主要因素之一。

(4)通过配方B1，B10和B11对比试验结果可以看出，适当减小芳烃油用量或更换为等量机油的试样均出现了比较明显的发红变现象。分析原因认为，机油主要成分为饱和烷烃分子结构，不饱和键含量较低，对提高胶料抗氧化变能力相对较强，也正是由于上述原因，造成其与橡胶相容性较差，导致机油在胶料中比较容易析出，而油类在析出过程中比较容易带动防老剂抽出，从而导致胶料发红变。试验结果显示，第二方面因素起主要作用，也是导致配方B11胶料发红变的主要原因。

(5)通过配方B1，B12和B13对比试验结果可以看出，虽然配方B12和B13同样出现了轻微的变现象，但B12变先于B13出现，而且变程度较严重。

防老剂BLE-W的主要有效成分为丙酮与二苯胺的缩聚产物，具有较高的污染性和迁移性。在其用量与防老剂JOL相同的条件下(均为1.3份)，采用防老剂JOL配方(B12)出现比较严重的变现象，证明防老剂JOL在橡胶中的溶解度相对较低，而且具有较强的迁移性，其抗变能力略低于防老剂BLE-W。

配方B12和B13变程度明显低于B1，一方面与酮芳胺类防老剂JOL和BLE-W减量到1.3份有关，另一方面与对苯二胺类防老剂4010NA减量到1.3份有关。

(6)通过配方B1与B14对比试验结果可以看出，适当减小防老剂4010NA的用量并添加一定量防老剂RD后，经过1周左右的日光曝晒，试样未出现发红变现象。这一方面与酮芳胺类防老剂RD在橡胶中溶解度大、喷霜较少有关；另一方面由于减小了容易喷霜的防老剂4010NA的用量，而且其用量接近于理论溶解度值，使最终析出防老剂量相对较低。

2.2 C系列配方

每个参比试样均采用避光塑料袋封存，停放日期为2005年8月4-12日，停放期间多雨，实际试样日照比较强烈时间仅为12-16 h。配方C1，C4，C6和C10试样没变；配方C5轻微变；配方C2和C7-C9明显变；配方(23严重变。

(1)通过配方C1-C3试验结果可以看出，防老剂4010NA用量为2份时出现了明显的变现象，用量为3份时出现了严重的变现象，证明该防老剂主要受其溶解度较低的因素影响，比较容易过饱和析出，出现氧化变问题。

(2)通过配方C1，C4和C5试验结果可以看出，应用3份防老剂BLE-W的配方(24没有出现明显变现象，而应用3份防老剂JOL的配方C5则出现了轻微的变现象，证明防老剂JOL的抗变性低于防老剂BLE-W。

配方C4没有出现明显变现象主要与防老剂BLE-W的有效成分含量较低有关，另一方面也可以看出其在橡胶中的溶解度高于防老剂4010NA。

通过试验还可以看出，加人防老剂BLE-W和JOL的试样表面均一性相对其它试样较差，这与其污染性和分散性有关，对改善轮胎外观质量不利，因此一般不在胎冠和胎侧部位采用这两种防老剂。

(3)通过配方C1，C6和C7试验结果看出，添加3份防老剂RD的试样没有出现发红变问题，主要与其在橡胶中溶解度较高有关，继续增大防老剂RD用量到6份时，与其它防老剂一样试样出现了严重变现象。

(4)通过配方C1和C8试验结果看出，添加萘胺类防老剂A的试样出现了明显的变现象。这主要与其溶解度较低以及其不饱和度较高的分子结构有关。从变的实际情况来看(与配方C3相比)，防老剂A的抗变性要优于防老剂4010NA。

(5)通过配方C1，C9和C10试验结果看出，添加机油的配方C10抗变性能明显优于添加等量芳烃油的配方C9。本次试验通过适当增大操作油的用量(增至20份，一般配方实际用量在5-7份)，比较明显地看出芳烃油与机油的抗变性差异，弥补了前面试验因油类用量较小，使两者抗变性能差异不明显的不足。

3 结论

(1)防老剂和芳烃油在导致胶料变过程中存在叠加作用。常规防老剂以及芳烃油在过量添加达到过饱和状态下均存在喷霜问题，在热、氧以及光照条件下均极易出现变现象，主要与其含有不饱和度较高的苯环分子结构有关。

(2)在相同用量情况下，常规防老剂抗变能力由强到弱的顺序为：RD，BLE-W，JOL，A，4010NA。胎面和胎侧胶料防老化体系应以抗疲劳效果良好且不易喷霜的酮芳胺类防老剂RD为主(约2份)，并适量并用抗臭氧性好的对苯二胺类防老剂4010NA(1份以内)，而尽量减少或避免应用污染性较高的防老剂BLE -W和JOL。

(3)机油的抗变性能明显优于芳烃油。如果综合考虑成本与性能而必须采用大量芳烃油，可适量添加增粘效果较好的石油树脂，既可以改善软化粘合效果，又可以保证产品外观质量。

发泡橡胶在冬季轮胎胎面中的应用机理及性能研究

作者：刘畅孙广平高桂天赫… 时间：12/16/2009 8:27:16 PM 来源：特种橡胶制品

橡胶的摩擦性能在汽车轮胎性能的研究中具有重要的地位。应用于冬季轮胎的橡胶,其摩擦性能具有特殊性,这方面的摩擦与磨耗机理的研究始终进展得相当缓慢。目前橡胶的摩擦与磨耗性能虽然还不能用理论模型完整而精确的预测,但是对于实际应用中橡胶材料的选择、橡胶结构的选择仍具有重要的指导意义[1～4]。本文以橡胶为对象研究了发泡橡胶在冬季轮胎胎面中的应用机理和提高轮胎/冰面上摩擦力的机理,以及发泡橡胶的微孔结构对拉伸性能、动态力学性能和摩擦性的影响,为发泡橡胶的实际应用提供了理论基础。

1　实验部分

1.1　主要原材料

序号	材料	PHR	备注
1	NBR-240S	100	丙烯腈质量分数为33%,日本JSR
2	氧化锌	5
3	硬脂酸	2
4	硫黄	2.5
5	促进剂DM	1.4
6	促进剂D	0.8
7	促进剂TMTD	0.6
8	防老剂D	1
9	防老剂RD	1
10	高耐磨炭黑	20
11	半补强炭黑	20
12	轻质碳酸钙	2
13	邻苯二甲酸二辛酯	11
14	发泡剂OBSH	10	江苏高邮助剂厂产品

1.2　实验设备

摆式摩擦仪,江苏沐阳县公路工程仪器厂制造。DM TA IV型粘弹谱仪,Rheometric Scientific公司制造。

DCS-500型通用材料实验机,上海材料试验机械厂制造。平板硫化机XLB型,青岛第3橡胶机械厂制造。

1.3　试样制备

按配方制得混炼胶,将混炼胶装入模具中,在平板硫化机上150℃加压12min,然后保压冷却至100℃启模,裁成试样。

1.4　性能测试

测定摩擦系数,计算公式如下:

μ=W×(h1-h2)/(N×D)

μ-试样与路面间的有效摩擦系数;W-摆锤的有效质量,kg;h1-摆锤起始高度,m;h2-试样越过地面后扬起的高度,m;N-试样与路面间的平均负荷,N;D-试样沿路面的滑动距离,m。

动态力学性能测试:实验频率,10Hz;应变值,2%;温度范围,-80℃～100℃;升温速率,

5℃/min。

发泡橡胶的微孔平均面积(3个显微镜照片的孔径面积统计平均值)、微孔平均密度(3个显微镜照片的单位面积的微孔数量统计平均值)、微孔平均间隙(3个显微镜照片的微孔间距统计平均值)均采用光学显微镜照相,对所获图像采用计算机加以分析获得。

拉伸强度按GB528-1982测试,其他性能按常规方法测试。

2　应用机理探讨

2.1　冰雪表面结构

冬季汽车行驶的积雪路面,一般均为被压实的积雪路面。图1是压实的积雪路面的表面层结构示意图。被压实的冰雪在压力作用下形成图1所示的结晶层结构,在一定的温度、压力下,

结晶层上会形成一层很薄的液膜(不同条件会有不同的变化)。在阳光照射下或者汽车轮胎的压力下,冰面温度会有所升高,液膜厚度也会大大增加。

2.2　轮胎胎面结构

轮胎胎面有大量的花纹,起到了改善抓地性能和排水增加接触面积的功能,但是这种花纹只是起到了排除大量积水的功能,被压实的积雪路面上液膜中的水是无法被花纹排除的。采用发泡橡胶作轮胎胎面的一个目的就是为了能更好地排除积雪路面的液膜,从而提高发泡橡胶与

路面的接触面积,见图2。

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