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国产环烷油在环保轮胎配方中的应用

发布时间:2020-06-22 03:47人气:

目前市场上环烷油使用较多的是尼纳斯产品,价位较高。对国内山东临邑天源、中海油环烷油产品与国外尼纳斯环烷油产品应用于环保配方中进行了应用研究。小配合试验表明,国内临邑天源、中海油环烷油与国外尼纳斯产品应用于配方中各项性能总体上差异不大;大配合试验表明,临邑天源环烷油与尼纳斯820应用于环保胎冠配方中各项性能比较接近,甚至强伸性能与撕裂性能还要优于国外产品;环保测试结果表明,临邑天源环烷油与尼纳斯820油品及制成的终炼胶均达到了2005-69-EC指令要求,但与国外尼纳斯产品相比还存在一定的差距。
 
关键词:环烷油;胎侧配方;胎冠配方;物理性能 ;成品胎机床测试
 
 
芳烃油具有与橡胶良好的相容性以及能够赋予轮胎良好的抗湿滑性等优越性能,在国内外充油胶和轮胎企业得到广泛的应用,但随着国外发达国家对其毒害性研究的深入,芳烃油中含有致癌性多环芳烃,会对人体和环境造成危害的问题已得到公众的认同。欧盟关于在轮胎生产中禁用芳烃油等有毒橡胶填充油的指令已于2005年底出台,将于2010年1月1日起在轮胎生产中***禁止使用有毒橡胶油。因此,充油胶和轮胎行业中所使用芳烃油的替代品的生产和应用引起了橡胶油生产企业和轮胎生产商的高度关注【1】。目前芳烃油***佳的替代品是TDAE,但因TDAE油制作工艺复杂、成品收率低、价格昂贵,使之在轮胎企业的应用受到了限制。环烷烃结构虽然在极性上比芳香烃略有不足,但是比石蜡基油品却又高出很多, 对同样具有较强极性的天然橡胶和丁苯橡胶有着较好的相容性。环烷油具有饱和环状碳链结构,而且在它的环上通常还会连接着饱和支链。因为这种结构,使环烷油既具有芳香烃类的部分性质,又不含法规所限制的毒性物质。
目前市场上环烷油使用较多的是尼纳斯产品,价位较高。本工作对国内山东临邑天源、中海油环烷油产品与国外尼纳斯环烷油产品应用于环保配方中进行了应用研究。
 
1试验
1.1主要原材料
天然橡胶,马来西亚SMR20;顺丁橡胶BR9000,北京燕山石化产品;炭黑N330,河北龙星化工;炭黑N660,天津卡博特;环烷油,山东临邑天源、中海油、尼纳斯820;氧化锌;防老剂;其它
1.2基本配方
胎侧胶小配合配方:生胶 100;炭黑50;环烷油10;氧化锌 3;硬脂酸 2;硫黄2;其它小药12.5 ,山东临邑天源和中海油环烷油替代尼纳斯环烷油,其它同生产配方。
胎冠胶大配合配方:生胶 100;炭黑75;环烷油32;氧化锌 4;硬脂酸 2;硫黄2;其它小药7.5,山东临邑天源环烷油替代尼纳斯环烷油,其它同生产配方。
1.3试验设备及检测仪器
2.5L小密炼机,捷克BUZULUK;F370密炼机,大连橡塑;F270密炼机,FARREL(高校软控);双螺杆挤出压片机,桂林橡机;MV2000型门尼粘度计、MDR2000型无转子硫化仪、T2000型电子拉力机,美国ALPHA公司;平板硫化机XLB-D,浙江湖州东方机械厂;RPA2000橡胶加工分析仪,美国ALPHA公司;DIN磨耗试验机,台湾高铁。
1.4性能测试
胶料各项物理性能均按各项国家标准进行测试。
 
2结果与讨论
2.1化学性能分析
表一 不同厂家环烷油化学性能比较
生产厂家
临邑天源
中海油(滨州)
尼纳斯820

粘度40℃
163
827.4
110
粘度100℃
10.8
19.96
8.5
粘度比重常数
0.8510
0.8834
0.8700
闪点 ℃
203
222
210
倾点 ℃
-16
-9
10
硫含量%
0.03
0.2
0.06
苯胺点
90
82
86
折光率20℃
1.5050
1.5172
1.5040
PCA含量 %
<3.0
<3.0
<3.0
Ca
10
12.5
11
Cn
47.5
53
40
Cp
42.5           
34.5
49
 
粘度是油品流动性的一种表征,它反映了液体分子在运动过程中相互作用的强弱,作用强(粘度大),流动难。由表一看出,中海油粘度要远远高于临邑天源及尼纳斯环烷油,这与其原油来源为重环烷基有关。三个厂家油品的闪点值均达到了200℃以上,满足密炼机混炼机混炼时对温度的安全要求。倾点是油品低温流动性的一种指示,因此在油品输送上有着实际的重要意义,尼纳斯820的倾点相对过高了,冬季输送时管道需有加热装置。三个油品的PCA含量均小于3%,多环芳烃总含量满足环保要求。油品碳型分析中的Ca值和苯胺点的大小反映出油品中芳烃含量和极性化合物的多少,也反映出与极性橡胶相容性的好坏。在油品分子量大小相近时,芳烃和环烷烃含量高的油品苯胺点低【2】,表一中中海油的Ca值与Cn值较高,因此它的苯胺点***低,与极性橡胶的相容性应该***好。中海油环保油据厂家介绍为环保芳烃油,但从碳型分析数据来看,将其归入环烷油更合理。
2.2小配合试验(临邑天源、中海油、尼纳斯820进行比较)
2.2.1流变性能
表二 不同厂家环烷油应用于胎侧胶流变性能比较
检验项目
胎侧胶配方
临邑天源
中海油(滨州)
尼纳斯820
ML(1+4)100℃
MV
43
41
43
t5 127℃
MIN
27
26
25
硫化仪160℃×30min



ML
dN·M
1.6
1.5
1.5
MH
dN·M
10.5
10.2
10.3
T10
MIN
3.23
3.18
3.14
T50
MIN
4.49
4.47
4.40
T90
MIN
7.06
7.01
6.95
T90-T10
MIN
3.83
3.83
3.81
虽然中海油化学分析粘度较高,但在应用于胎侧配方中混炼胶的门尼粘度却并不高,甚至还低于临邑天源与尼纳斯油,与临邑天源、尼纳斯油胶料流变性能非常接近,基本无差异。
2.2.2物理性能
表三 不同厂家环烷油应用于胎侧胶物理性能比较
测试项目
胎侧胶配方
硫化条件(168 ℃×15min)
临邑天源
中海油(滨州)
尼纳斯820
硬度(Aº)
46
46
45
撕裂强度 (kN/m)
39
41
36
拉伸强度(MPa)
16.2
16.1
16.6
伸长率(%)
877
917
905
300%定伸(MPa)
5.0
4.4
4.4
弹性(%)
50
50
51
压缩生热℃
28.4
34.0
31.8
30万次疲劳
1级
1级
2级
 
由表三可以看出,三个厂家油品应用于胎侧配方中硬度、强伸性能的表现差异不大,临邑天源环烷油定伸略高,中海油撕裂强度***高,但是生热较高,临邑天源及中海油在疲劳性方面的表现要优于尼纳斯820环烷油,其它性能则差异不大。
2.2.3 RPA2000分析
图1 不同厂家环烷油在胎侧胶中RPA2000应变扫描图
混炼胶在低应变和高应变时动态剪切模量G′的差值反映胶料的分散程度,差值越大,则混炼胶的分散越差,由图1曲线可以看出,中海油对胶料的分散程度之影响相对***好,这也是由于其Ca+Cn含量较高的缘故,与橡胶的相容性更好,临邑天源环烷油与尼纳斯820基本一致。
2.3大配合试验(临邑天源、尼纳斯820进行比较)
2.3.1流变性能
表四 不同厂家环烷油在应用于胎冠胶中流变性能比较
检验项目
胎冠胶配方
临邑天源
尼纳斯
ML(1+4)127℃
MV
45
43
t5 127℃
MIN
16
15
硫化仪168℃×30min


ML
dN·M
2.2
2.1
MH
dN·M
14.0
13.6
T10
MIN
2.14
2.10
T50
MIN
2.94
3.00
T90
MIN
4.17
4.10
T90-T10
MIN
2.03
2.00
 
由表四可以看出,临邑天源环烷油与尼纳斯820应用于胎冠胶中只是混炼胶的胶料的粘度略高,焦烧及流变性能数据非常接近,差异很小,说明两种油品在对胶料的加工性能的影响相同。
2.3.2物理性能
表五 不同厂家环烷油应用于胎冠胶中物理性能
硫化条件(168℃×15min)
临邑天源
尼纳斯
硬度     (Aº)
55
56
拉伸强度 (MPa)
17.2
16.3
伸长率   (%)
553
508
300%定伸(MPa)
8.3
8.3
撕裂强度 (kN/m)
42
37
弹性 (%)
38
36
DIN磨耗指数(%)
144
148
压缩生热℃
49.8
50.1
100℃× 72h老化


硬度     (Aº)
63
64
撕裂强度  (kN/m)
33
30
拉伸强度 (MPa)
11.3
10.8
伸长率   (%)
297
287
 
由表五可以看出,临邑天源环烷油硬度、定伸与尼纳斯环烷油差异不大,强伸性能及撕裂性能要好于尼纳斯环烷油,DIN磨耗、生热性能及耐老化性能与尼纳斯环烷油相当。
2.3.3环保性能
表六 不同厂家油品及制成的终炼胶环保测试

2005-69-EC指令
结论

Bap<1  mg/kg
Sum8<10  mg/kg
临邑天源环烷油
0.3
3.3
OK
尼纳斯环烷油
ND
ND
OK
终炼胶(临邑天源)
ND
1.2
OK
终炼胶(尼纳斯)
ND
ND
OK
 
根据欧洲2005-69-EC指令要求,如果轮胎填充油中Bap≥1mg/kg或Bap等8种多环芳烃总量≥10mg/kg,则该产品不得投放市场或使用它来生产轮胎,由表六可以看出,由表六数据可知,临邑天源环烷油及制成的终炼胶符合环保要求,不过与尼纳斯产品相比还有一定的差距,这也反映了国内企业与国外大公司在技术水平上的差异,因此国内环保油生产企业还要进一步提升工艺水平。
 
3结论
3.1小配合试验表明,国内临邑天源、中海油环烷油与国外尼纳斯产品应用于配方中各项性能总体上差异不大,中海油油品粘度较高,生热较高,然而与橡胶的分散性***好,临邑天源定伸较高,耐疲劳性由于尼纳斯820环烷油;
3.2大配合试验表明,临邑天源环烷油与尼纳斯820应用于环保胎冠配方中各项性能比较接近,甚至强伸性能与撕裂性能还要优于国外产品;
3.3环保测试结果表明,临邑天源环烷油与尼纳斯820油品及制成的终炼胶均达到了2005-69-EC指令要求,但与国外尼纳斯产品相比还存在一定的差距。


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