环保油KT20在轮胎胶料中的应用

环保油KT20在轮胎胶料中的应用
宫卫华1,马丙水1,周　东1,刘　妍1,范山鹰2
(1.中国石油天然气股份有限公司克拉玛依润滑油厂,新疆克拉玛依　834003;2.北京橡胶工业研究设计院,北京　
100143)
摘要:探讨环保油KT20在NR 和NR/BR 胶料中的应用,并与国外浅抽油(3527MES )、改性芳烃油(TDA E )和国内常用芳烃油(DA E )进行对比。

结果表明,在NR 和NR/BR 胶料中,填充环保油KT20与对比油的混炼胶性能、硫化胶的物理性能和抗湿滑性能相当;填充环保油KT20,3527MES 和TDA E 硫化胶的滚动阻力相差不大。

在NR 胶料中填充环保油KT20,硫化胶的耐磨性能优于对比油硫化胶。

关键词:环保油;芳烃油;NR ;BR ;物理性能;动态力学性能;滚动阻力;耐磨性能
中图分类号:TQ330138+4;TQ332;TQ33312 文献标识码:B 文章编号:100628171(2009)1220736206
作者简介:宫卫华(19712),女,河北枣强县人,中国石油克拉玛依润滑油厂高级工程师,学士,从事橡胶用油的研制与开发工作。

欧盟关于在轮胎生产中禁用芳烃油等有毒橡胶用油的指令已于2005年年底出台,将于2010年1月1日在轮胎生产中全面禁用有毒橡胶用油,因此各大轮胎公司已纷纷开展芳烃油的替代工作[125]。

中国石油天然气股份有限公司克拉玛依润滑油厂生产的重质环烷基环保橡胶用油
KT20(以下简称环保油KT20)中多环芳香化合物(PCA )质量分数小于0103,并符合欧盟规定的橡胶用油中8种特定多环芳烃(PA Hs )总质量分数小于10×10-6
、苯并芘质量分数小于1×10
-6
的限量要求。

本工作探讨环保油KT20在轮胎胶料中的应用,并与国外浅抽油(3527M ES )和改性芳烃油(TDA E )以及国内轮胎企业现用芳烃油(DA E )进
行对比。

1　实验111　主要原材料
N R ,1#烟胶片,马来西亚产品;BR ,牌号9000,中国石化北京燕山石化公司产品;环保油KT20,中国石油天然气股份有限公司克拉玛依润
滑油厂产品;3527M ES 和TDA E ,国外公司产品;DA E ,国内某公司产品。

112　试验配方
选择目前轮胎胶料常用的N R 和NR/BR 并用胶配方进行评价。

试验配方为:N R (NR/BR )　100(80/20),炭黑N330　65,氧化锌　4,硬脂酸　2,防老剂4020/RD 2,硫黄　116,促进剂NS 118,橡胶
用油(变品种)　10。

113　主要设备与仪器
BR115L 密炼机,英国法雷尔公司产品;XK 2160A 型开炼机,上海橡胶机械厂产品;100t QLB
型平板硫化机,浙江湖州和孚橡塑机械厂产品;M200E 型橡胶门尼粘度仪和C2000E 型橡胶无
转子硫化仪,北京友深电子仪器有限公司产品;M H 274型阿克隆磨耗机,长沙仪表机床厂产品;L P 261型热空气老化箱,重庆慧达试验仪器有限
公司产品;RSS 2Ⅱ型橡胶滚动阻力试验机,北京万汇一方科技发展有限公司产品;L A T 2100型室内湿滑磨耗机,荷兰VM I 公司产品。

114　试样制备
按常规方法在密炼机中混炼生胶及炭黑、活化剂、防老剂、软化剂等配合剂,在开炼机上加硫黄和促进剂,混炼均匀。

试样在平板硫化机上硫化,硫化条件为143℃×t 90。

115　性能测试
各项性能均按相应的国家或行业标准测试。

2　结果与讨论
211　理化性能和环保性能
环保油KT20和3种对比油的理化性能按相同企业标准测试,测试结果如表1所示。

从表1可以看出,环保油KT20的粘度与TDA E和DA E接近,而与3527M ES相差较大;苯胺点高,与3527M ES接近;质量损失率大于3527M ES和TDA E;灰分和硫的质量分数远小于对比油。

表1　橡胶用油的理化性能和环保性能
项 目KT203527MES TDA E DA E
密度(23℃)/
　(Mg・m-3)01914019050194411020运动粘度/(mm2・s-1)
　60℃11814061122120160150100　99℃19179131722114719135粘度密度常数01850018440189011007苯胺点/℃98189615—6915
折光率(20℃)1150011504—11529倾点/℃-12-12+27+15
质量损失率(107℃×
　22h)/%010480101900125
水分质量分数0000
灰分质量分数
　(550℃)×10201009010900153541670硫质量分数×10201079016830198701818闪点(开口)/℃241239250220
碳型分析1)/%
　C A31715112610
　C N391328103315
　C P571056194015
PCA质量分数010150.0250.022>0.150 PA Hs总质量分数×1063149 1.967.90
苯并芘质量分数×1060159—0120
注:1)C A,C N和C P分别表示橡胶用油中芳烃、环烷烃和链烷烃的碳原子。

碳型分析表明,环保油KT20的环烷烃所占比例最大,为3913%;而芳烃所占比例最小,为317%。

KT20,3527M ES和TDA E中PCA质量分数均小于0103,都属于橡胶环保用油。

环保油KT20中PA Hs总质量分数小于10×10-6,苯并芘质量分数小于1×10-6。

而DA E中PCA质量分数大于0115。

环保油KT20不属于任何一种国外芳烃油替代品的类型。

产品表现为粘度大,闪点和苯胺点高,灰分和硫的质量分数较低,同时具有芳烃含量低、环烷烃含量高的特殊碳型结构。

但其良好的环保特性符合橡胶用油对PA Hs的限量要求。

212　混炼胶性能
21211　门尼粘度和门尼焦烧时间
在NR和N R/BR混炼胶中分别加入环保油KT20和对比油。

从混炼过程和加料情况观察,4种橡胶用油在胶料中的行为没有区别,胶片外观相同。

填充橡胶用油的N R和N R/BR胶料的门尼粘度和门尼焦烧时间如表2所示。

从表2可以看出,在相同胶种配方中,环保油KT20和3527M ES胶料的门尼粘度相同,如在N R胶料中的门尼粘度均为65,在NR/BR并用胶中的门尼粘度均为61。

填充TDA E和DA E 胶料的门尼粘度略有变化,可能是受DA E的粘度影响。

从轮胎生产工艺的要求来看,4种橡胶用油对试验中各种胶料配方影响不大,可以满足工艺要求。

从表2还可以看出,4种橡胶用油胶料的门尼焦烧时间相近,满足轮胎工业生产中对焦烧性能的要求。

4种橡胶用油在相同胶种中的Δt30相近,说明它们对胶料硫化速度的影响基本相同,满足硫化工艺的要求。

表2　NR和NR/BR胶料的门尼粘度和门尼焦烧时间
项 目
NR
KT203527MES TDA E DA E
NR/BR
KT203527MES TDA E DA E
门尼粘度[ML(1+4)100℃]6565635661615568门尼焦烧时间(120℃)/min
　t52322222124252523　t352725262629292928　Δt3043455445
21212　硫化特性
填充橡胶用油的N R和N R/BR胶料的硫化特性如表3所示。

从表3可以看出,在相同胶种配方中,4种橡胶用油胶料的t10和t50相近,均在正常值范围内,说明硫化过程可以保证胶料充分流动。

TDA E 胶料的t90略低,其它胶料的t90相近,属正常硫化速度范围,说明硫化特性较好。

4种橡胶用油胶料的M L和M H相近,说明橡胶用油对胶料的转矩影响小。

表3　NR和NR/BR胶料的硫化特性(143℃)
项 目
NR
KT203527MES TDA E DA E
NR/BR
KT203527MES TDA E DA E
M L/(N・m)01770168017901660169017601750184 M H/(N・m)21842165216021932155217021693105 t10/min41985100419341805157517251785165 t50/min61556147611361207112712271057108 t90/min13157111888157121701117211175916810120
213　硫化胶性能
21311　物理性能
填充橡胶用油的N R和N R/BR硫化胶的物理性能如表4所示。

从表4可以看出,在相同胶种配方中,4种橡胶用油硫化胶的硬度、拉伸强度和阿克隆磨耗量相近。

但在两种胶种配方中,NR/BR并用胶的耐磨性能优于NR胶料,因为BR分子链柔顺,低应力下的耐疲劳性能好,具有较高的耐磨性能。

在N R和NR/BR并用胶配方中,4种橡胶用油硫化胶的压缩疲劳温升、终动压缩率及永久变形基本相同,并且橡胶用油对硫化胶的动态压缩性能影响较小。

硫化胶的其它性能略有差别,如KT20和3527M ES硫化胶的300%定伸应力略高于TDA E和DA E硫化胶,而添加KT20的NR 硫化胶的拉断伸长率略低。

可以认为,4种橡胶用油对硫化胶物理性能的影响相差不大。

从表4还可以看出,在NR和NR/BR胶料
表4　NR和NR/BR硫化胶的物理性能
项 目
NR
KT203527MES TDA E DA E
NR/BR
KT203527MES TDA E DA E
邵尔A型硬度/度7574757572727273 300%定伸应力/MPa19161910171417111817181017111711拉伸强度/MPa23152512241223182410231823132314拉断伸长率/%395437437466426428411450拉断永久变形/%1517211714161412撕裂强度/(kN・m-1)6144615751476772回弹值/%4445413846484644阿克隆磨耗量/cm30118001183012030118001142011500113201142压缩疲劳试验1)
　温升/℃33113218361334143311331930173517　终动压缩率/%713618814712610516713514　永久变形/%411314416410318316315510 100℃×48h老化后
　邵尔A型硬度/度7778787975777577　邵尔A型硬度变化/度+2+4+3+4+3+5+3+4　拉伸强度/MPa21102013191520131911191419142019　拉伸强度变化率/%-11-19-19-15-20-18-17-11　拉断伸长率/%285293288348289293290334　拉断伸长率变化率/%-28-33-34-25-32-32-29-26 注:1)试验条件为冲程　4145mm;负荷　110MPa;温度　55℃。

中,环保油KT20与对比油硫化胶的老化后物理性能相似,变化幅度也相近,其中硬度增大,拉伸强度和拉断伸长率均减小。

拉断伸长率变化率最大,降幅达30%左右,说明热氧老化对硫化胶的拉断伸长率影响较大。

以上硫化胶老化前后的物理性能均能满足轮胎胶料要求,说明4种橡胶用油对设计的轮胎胶料物理性能影响不大。

21312　动态力学性能
采用美国Rheomet ric Scientific公司生产的动态热机械分析仪测试硫化胶的动态力学性能。

试验条件为:受力模式　矩形拉伸;测试模式　动态温度扫描;试验频率　10Hz;试验温度　-90～+100℃。

2131211　NR
填充橡胶用油的N R胶料的粘弹性参数如表5所示,表中tanδ为损耗因子,E′为储能模量,T g 为玻璃化温度。

N R胶料的tanδ2温度和E′2温度曲线分别如图1和2所示。

从表5可以看出,填充橡胶用油的NR胶料抗湿滑性能的顺序为:TDA E>3527M ES≈DA E>KT20,说明填充TDA E和3527M ES的硫
表5　NR胶料的粘弹性参数
项 目KT203527MES TDA E DA E
tanδ
　0℃010845010919010932010907
　60℃010753010751010808010848
E′(25℃)/MPa481720341640441174451780
T g/℃-4716-4619-4416-491
8
图1　NR胶料的tanδ2温度曲线
胶用油品种:1—KT20;2—3527MES;3—TDA E;4—DA E。

图2　NR胶料的E′2温度曲线
注同图1。

化胶湿牵引性与湿操纵性较好。

而填充橡胶用油
的N R胶料滚动阻力的顺序为:DA E>TDA E>
KT20≈3527M ES,说明填充KT20和3527M ES
的硫化胶滚动阻力性能好。

从图2可以看出,
3527M ES胶料的E′较其它胶料低,因此
3527M ES胶料表现出较好的动态力学性能。

2131212　NR/BR并用胶
填充橡胶用油的NR/BR并用胶的粘弹性参数如表6所示,N R/BR并用胶的tanδ2温度和E′2
温度曲线分别如图3和4所示。

从表6及图3和4可以看出,填充橡胶用油的N R/BR并用胶抗湿滑性能的顺序为:KT20≈
表6　NR/BR并用胶的粘弹性参数
项 目KT203527MES TDA E DA E tanδ
　0℃010859010856010821010815
　60℃010793010794010828010826
E′(25℃)/MPa331810331595461872421326
T g/℃-4817-4616-4416-441
7
图3　NR/BR并用胶的tanδ2温度曲线
注同图1。

图4　NR/BR并用胶的E′2温度曲线
注同图1。

3527M ES>TDA E≈DA E,但差别不大。

而填充橡胶用油的NR/BR并用胶滚动阻力的顺序为: TDA E≈DA E>KT20≈3527M ES;KT20和3527M ES胶料的E′和T g较低。

因此认为, KT20和3527M ES胶料的动态力学性能较好。

21313　滚动阻力
在NR胶料中分别填充环保油KT20,3527M ES,TDA E和DA E,硫化胶的滚动损失分别为1159,1159,1160和1184J・r-1;在N R/BR 并用胶中分别填充环保油KT20,3527M ES, TDA E和DA E,硫化胶的滚动损失分别为1148, 1147,1149和1169J・r-1。

可以看出,在NR和N R/BR胶料中填充环保油KT20,3527M ES和TDA E,硫化胶的滚动阻力相差不大,而填充DA E的硫化胶滚动阻力较大,这是由于DA E为高芳烃油,60℃时的运动粘度高,因此硫化胶的滚动阻力较大。

21314　耐磨性能
采用LA T2100型室内湿滑磨耗机在综合条件和苛刻条件下测试硫化胶的耐磨性能。

综合条件为:速度　10km・h-1,负荷　75N,倾角　9°;苛刻条件为:速度　25km・h-1,负荷　75 N,倾角　16°。

磨耗量越小,则耐磨性能越好。

填充橡胶用油的NR和N R/BR硫化胶的磨耗量如表7所示。

表7　NR和NR/BR硫化胶的磨耗量g・km-1
项 目
NR
KT203527MES TDA E DA E
NR/BR
KT203527MES TDA E DA E
综合条件0140701439014430145301423014510143501407苛刻条件2103921102210722117211845117301177711738
从表7可以看出,在N R胶料中,填充环保油KT20的硫化胶在综合条件和苛刻条件下的磨耗量均小于其它3种硫化胶,说明填充环保油KT20的NR硫化胶耐磨性能较好。

在N R/BR 并用胶中,填充环保油KT20的硫化胶在苛刻条件下的磨耗量比其它3种硫化胶略大。

21315　抗湿滑性能
采用L A T2100型室内湿滑磨耗机测试硫化胶的抗湿滑性能。

试验条件为:速度　6 km・h-1,倾角　16°,负荷　75N,试验水温　20℃。

侧滑因数越大,表示抗湿滑性能越好。

填充橡胶用油的N R和NR/BR硫化胶的抗湿滑性能见表8。

从表8可以看出,在相同胶种配方中,4种橡胶用油对硫化胶抗湿滑性能的影响基本相同。

表8　NR和NR/BR硫化胶的抗湿滑性能
项 目
NR
KT203527MES TDA E DA E
NR/BR
KT203527MES TDA E DA E
侧滑因数0179801797018030179301718017160172901733抗湿滑性能1)10099191001699149010891791149118 注:1)以添加KT20的NR胶料为100计。

3　结论
(1)环保油KT20中PCA质量分数小于0103,PA Hs总质量分数小于10×10-6,苯并芘质量分数小于1×10-6,其良好的环保特性符合橡胶用油对PA Hs的限量要求。

(2)在N R和NR/BR胶料中填充环保油KT20与对比油的混炼胶性能和硫化胶物理性能相近;填充环保油KT20和3527M ES胶料的动态力学性能较好。

(3)在NR和NR/BR胶料中填充环保油KT20, 3527MES和TDAE硫化胶的滚动阻力相差不大。

(4)NR胶料中填充环保油KT20的硫化胶耐磨性能优于对比油硫化胶。

(5)在N R和N R/BR胶料中填充环保油与对比油的硫化胶抗湿滑性能相当。

参考文献:
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[5]赵　平,谢其诚,李文东,等.环保芳烃油对充油SBR性能的
影响[J].轮胎工业,2007,27(3):1512158.
收稿日期:2009206226
Application of environment2friendly oil KT20in tire compound
GO N G W ei2hua1,M A B i ng2shui1,Z HOU Dong1,L I U Yan1,FA N S han2y i ng2
(1.Karamay L ubricant Enterprise of China Petroleum,Karamay　834003,China;2.Beijing Research and Design Institute of Rubber In2 dust ry,Beijing　100143,China)
Abstract:The application of environment2friendly oil KT20in tire compound was investigated,and compared to foreign and domestic samples,such as3527M ES,TDA E and DA E.The result s showed t hat,when environment2f riendly oil KT20was used in N R and NR/BR compound,t he properties of mix,p hysical p roperties and wet skid resistance of vulcanizate were similar to t hose by using t he com2 pariso n samples;by using environment2friendly oil KT20,t he rolling resistance of vulcanizate changed slightly compared wit h using3527M ES and TADE.However,when environment2f riendly oil KT20 was used in NR compound,t he wear resistance of vulcanizate was better t han t hat of ot her samples. K eyw ords:environment2f riendly oil;aromatic oil;N R;BR;p hysical p roperty;dynamic p roperty; rolling resistance;wear resistance
米其林推出轻型载重/SUV轮胎
中图分类号:TQ33611 文献标识码:D
美国《现代轮胎经销商》(www.moderntire2 )2009年9月1日报道:
米其林北美公司推出米其林牌L TX M/S2系列轻型载重/SUV轮胎,并计划在2009和2010年推出该系列38个规格轮胎,轮辋直径为381～508mm(15～20英寸)。

米其林官员声称,L TX M/S2系列轻型载重/SUV轮胎具有以下特征。

・米其林“三维活性刀槽花纹”使胎面花纹块锁在一起,以保持刚性;
・“更大密度刀槽花纹”可以使胎面花纹啮合长度比前一代米其林L TX M/S系列轮胎增大8%以上,从而提供更好的雪地牵引性能;
・新的白炭黑胎面胶可以赋予轮胎更好的抗湿滑性能;
・附加1层钢丝带束层;
・米其林先进的最大接触结构技术赋予轮胎独特的接地印痕,使加速、制动和转弯应力均匀分布;
・米其林舒适控制技术减小了道路振动和噪声。

L TX M/S2系列轮胎实施112700km(70000英里)行驶里程质保。

(赵　敏摘译　吴秀兰校)。