绿环保塑分剂在半钢轮胎胎面胶配方中的
应用研究
李振锋，傅秀成
（青岛福诺化工科技有限公司，山东青岛 266071）
摘要：研究绿环保塑分剂FNP-60A在半钢轮胎胎面胶配方中的应用。结果表明：加入绿环保塑分剂FNP-60A，胶料门尼粘度降低效果接近加入脂肪酸锌的胶料，与国外同类产品胶料相比稍有优势；对胶料的硫化性能、焦烧时间、动态力学性能影响不大，与脂肪酸锌和国外同类产品接近；对胶料的拉断伸长率和耐屈挠性能有明显提升效果。绿环保塑分剂FNP-60A的使用可以减小胶料中的锌含量，有利于环保。
关键词：塑分剂；半钢轮胎；胎面胶；环保；耐屈挠性能
中图分类号：U463.341＋.6；TQ330.38＋7 文章编号：1006-8171（2023）09-0549-04
文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2023.09.0549
2000年以来，我国的轮胎工业发展突飞猛进，在产量和质量方面都取得了长足的进步。目前国内轮胎的制造工艺、生产设
备、现场管理和新技术装备应用等都达到甚至超越国际同等水平。对于大众关心的轮胎产品的力学性能、使用寿命、舒适性等方面也与国外产品各有千秋，国内轮胎企业在高中低端产品上均有优秀产品覆盖供应，在国际市场上具有很强的竞争力。
国内轮胎行业的发展和水平提升离不开国内优秀橡胶助剂的配套，其中橡胶塑分剂是一种专用于改善轮胎橡胶加工性能的传统产品，但是国内对绿环保塑分剂产品的研究仍处于起步阶段[1-3]。
目前市场上的橡胶塑分剂多为经过高温反应、造粒或切片制得的高锌含量的脂肪酸锌盐类产品。该类产品极易散发难闻气味，对操作环境和制品等造成污染，消费者对此类问题的反馈逐渐增多[4-7]。出于对环境的重视，国际上对轮胎胶料中锌含量的深入研究越来越多，轮胎中的重金属锌可能会随着轮胎运转磨耗产生的废胶粉扩散到环境中，特别是欧盟委员会指令已将氧化锌划为N类有害物质（对环境有害物质）[8-10]。这一问题越来越引起轮胎和橡胶助剂研究人员的重视，因此轮胎行业的发展趋势是尽可能减少轮胎基体中的锌含量，此时不含锌皂的绿环保塑分剂就是一种最佳选择。
绿环保塑分剂FNP-60A（简称塑分剂FNP-60A）是由特选脂肪酸衍生物、有机酯类和特种功能填料助剂等组成，不含锌皂，是天然橡胶的优异物理塑分剂，为多用途橡胶加工助剂，兼有内、外润滑及分散功能，并可改善橡胶的加工工艺性能，提高橡胶制品的合格率和产品的尺寸稳定性。在橡胶混炼过程中可促进填料和其他助剂的分散，缩短混炼周期，降低混炼能耗、胶料生热和混合粘度。
本工作研究绿环保塑分剂FNP-60A在半钢轮胎胎面胶配方中的应用。
1 实验
1.1 主要原材料
顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化北京燕山石油化工有限公司产品；丁苯橡胶（SBR），牌号
作者简介：李振锋（1978—），男，山东青岛人，青岛福诺化工科技有限公司工程师，学士，主要从事橡胶助剂、防护蜡、彩混炼胶、树脂等产品的研发设计、质量管控和技术推广等工作。
E-mail：com OSID开放科学标识码 (扫码与作者交流)
1723和1739，中国石化齐鲁股份有限公司橡胶厂产品；炭黑N339，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；绿环保塑分剂FNP-60A，青岛福诺化工科技有限公司产品；脂肪酸锌，青岛联康油脂制品有限公司产品；橡胶无锌塑分剂WB212（简称塑分剂WB212），德国STRUKTOL公司产品。
1.2 配方
配方1（用量/份）：BR9000 20，SBR1723 55，SBR1739 55，炭黑N339 80，白炭黑 5，环保芳烃油 5.8，氧化锌 3，硬脂酸 2，防老剂6PPD 2，防老剂RD 1.5，防护蜡 1.2，增粘树脂 0.6，硫黄 2.2，促进剂CBS/DPG和防焦剂CTP 2.31。
配方2—4分别添加2份塑分剂FNP-60A、脂肪酸锌和塑分剂WB212，其余组分及用量同配方1。
1.3 主要设备和仪器
3 L密炼机，利拿机械工业股份有限公司产品；XK-150型开炼机，广东省湛江机械厂产品；MDR2000型无转子硫化仪和MV2000型门尼粘度计，美国阿尔法科技有限公司产品；5 kN拉力机，美国英斯特朗公司产品；DMA-242E型动态热机械分析（DMA）仪，德国耐驰仪器制造有限公司产品。
1.4 混炼工艺
试验胶料采用两段混炼工艺，一段混炼在3 L 密炼机中进行，转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：生胶（50 s）→炭黑（200 s）→操作油和小料（100 s）→提压砣（150 s）→排胶；二段混炼在XK-150型开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂（220 s）→排胶（88～96 ℃）。
2 结果与讨论
2.1 理化分析
塑分剂FNP-A60的理化性能见表1。
2.2 门尼粘度
门尼粘度侧面反映了胶料的最终分散效果，胶料门尼粘度高，混炼分散效率低，混炼胶分散效果差。混炼胶的门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]如表2所示。
表1 塑分剂FNP-A60的理化性能
项 目实测值指标
软化点/℃67.960.0～78.0
灰分质量分数（750 ℃×2 h）/%18.214.0～30.0
加热减量（150 ℃×2 h）/%0.23≤1.0
pH值7.5 6.0～10.0
多环芳烃质量分数×106 2.8≤50.0
锌质量分数1）/%未检出≤2注：1）采用EDS元素分析测试方法测试。
表2 混炼胶的门尼粘度
项 目
配方编号
1234
一段混炼胶99928994
二段混炼胶71666467从表2可以看出，塑分剂FNP-60A、脂肪酸锌、塑分剂WB212对胶料不同阶段门尼粘度有明显影响。配方1的一段混炼胶门尼粘度比配方2—4混炼胶高5～10，说明添加塑分剂对胶料混炼过程中的填料分散有明显辅助效果。各配方二段混炼胶门尼粘度由小到大依次为配方3、配方2、配方4、配方1。可以推断加入脂肪酸锌的胶料分散效果较好，塑分剂FNP-60A分散效果与脂肪酸锌接近，稍优于塑分剂WB212。
2.3 硫化特性
胶料的硫化特性见表3。
表3 胶料的硫化特性
项 目
配方编号
1234
门尼焦烧时间t5（127 ℃）/min23.323.822.924.3
硫化仪数据（195 ℃）
F L/(dN·m) 2.63 2.48 2.39 2.53
F max/(dN·m)15.315.0815.2714.89 t s2/min0.600.630.650.62
t90/min 1.22 1.25 1.28 1.25从表3可以看出：胶料的F L从小到大依次为配方3、配方2、配方4、配方1，F L的变化趋势与门尼粘度一致；配方3胶料的t90，t s2和F max均比配方2和配方4胶料稍高，这与脂肪酸锌对硫化的活性作用有关，塑分剂FNP-60A和WB212因不含锌盐，F L 稍低。
2.4 物理性能
硫化胶的物理性能见表4。
表4 硫化胶的物理性能
项 目
配方编号
1234
邵尔A型硬度/度65646564 100%定伸应力/MPa 2.5 2.4 2.6 2.3 300%定伸应力/MPa10.310.911.310.2拉伸强度/MPa16.917.218.116.6
拉断伸长率/%428467396458
撕裂强度/（kN·m-1）48596756注：硫化条件为151 ℃×30 min。
从表4可以看出，配方2硫化胶的拉断伸长率相对较高，说明塑分剂FNP-60A对橡胶的软化增塑效果较好。
2.5 动态力学性能
采用DMA仪对硫化胶进行温度扫描，通过DMA曲线可初步判定胶料的抗湿滑性能和滚动阻力，其中0 ℃的损耗因子（tanδ）越大，表示抗湿滑性能越好，60 ℃的tanδ越小，表示滚动阻力越低。硫化胶的tanδ如表5所示。
表5 硫化胶的tanδ
温度/℃
配方编号
1234
00.45 0.52 0.53 0.50
600.09 0.11 0.11 0.10 注：测试条件为拉伸模式，应变 0.3%，频率 10 Hz，温度范围 －80～80 ℃，升温速率 3 ℃·min-1。
由表5可见，与配方1硫化胶相比，配方2—4硫化胶0 ℃时的tanδ较大，60 ℃时的tanδ相当，说明加入塑分剂可提高硫化胶的抗湿滑性能，且对滚动阻力影响不大，不同塑分剂对硫化胶动态力学性能的影响差异不明显。
2.6 耐屈挠性能
耐屈挠性能表示硫化胶片抵抗反复屈挠作用引起的物理性能下降直至遭到破坏的性能。在橡胶的耐屈挠试验中，通常用试片经受屈挠的次数、表面裂口出现的时间和等级来表示耐屈挠性能差异。硫化胶的耐屈挠性能测试结果如图1所示。
玲珑轮胎从图1可以看出，添加塑分剂FNP-60A的硫化胶耐屈挠性能较好，添加脂肪酸锌和塑分剂WB212的硫化胶的耐屈挠性能相近。说明塑分剂FNP-60A在胶料中的分散效果最好，软化增塑效果较好。
㻲
ㅹ
㓗
⅑ h
■—配方1；●—配方2；▲—配方3；▼—配方4。
图1 硫化胶的耐屈挠性能
3 结论
（1）塑分剂FNP-60A使用无锌配方，可以有效减小胶料中锌的用量，降低锌离子流失到自然环境中的风险。
（2）使用塑分剂FNP-60A的胶料的门尼粘度明显降低，与传统塑分剂脂肪酸锌效果接近，可以提升胶料混炼过程中的分散效率，节能降耗。
（3）塑分剂FNP-60A对胶料硫化特性的影响不大，与脂肪酸锌和塑分剂WB212接近，对胶料的拉断伸长率有明显提升效果，有良好的软化增塑效果，可以适当减小操作油用量，改善橡胶制品外观。
（4）加入塑分剂FNP-60A后，胶料的动态力学性能有所提升，0 ℃的tanδ明显提高，表明胶料具有良好的抗湿滑性能和地面抓着力。
（5）加入塑分剂FNP-60A后，胶料的耐屈挠性能提高，表明其具有良好的软化增塑效果，可以延长产品使用寿命。
（6）塑分剂FNP-60A可以改善橡胶产品的环保性能，提高胶料的动态力学性能和耐屈挠性能，是一种有益于环境的新型塑分剂产品。
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Application of Green Environment -friendly Plasticizer in
Tread Compound Formula of Steel -belted Tire
LI Zhenfeng ，FU Xiucheng
（Qingdao Fihonor Chemical Science & Technology Co.，Ltd ，Qingdao 266071，China
）Abstract ：The application of green environment -friendly plasticizer FNP -60A in the tread compound formula of steel -belted tires was studied.The results showed that by adding green environment -friendly plasticizer FNP -60A ，the Mooney viscosity of the compound decreased ，and the Mooney viscosity reduction effect was close to that of zinc fatty acid and slightly better than that of similar foreign products.It had little effect on the vulcanization characteristics ，scorch time and dynamic mechanical properties of the compound ，similar to that of zinc fatty acid and foreign products.However ，the elongation at break and flexural resistance of the compound with plasticizer FNP -60A were significantly improved.In addition ，the use of green environment -friendly plasticizer FNP -60A could reduce the zinc content in the compound ，which was beneficial to environment protection.
Key words ：plasticizer ；steel -belted tire ；tread compound ；environment protection ；flexural resistance
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科技，2021，49（8）：43-46.
收稿日期：2023-06-16
轮胎行业迎来新一轮景气周期
近日，轮胎上市公司2023年上半年业绩预告纷纷出炉。山东玲珑轮胎股份有限公司（简称玲珑）等10家轮胎上市公司中，除赛轮集团股份有限公司、青岛森麒麟轮胎股份有限公司、江苏通用科技股份有限公司3家尚未披露业绩预告外，已经披露业绩预告的上市公司中，仅上海华谊集团股份有限公司和青岛双星轮胎工业有限公司业绩预亏，其余5家公司业绩全部预增。
玲珑预计上半年归属于上市公司股东的净利润5.2亿～6.0亿元，同比增长3.7～4.45倍；风神轮胎股份有限公司预计上半年归属于上市公司股东的净利润1.5亿～1.8亿元，同比增长12～15倍；佳通轮胎股份有限公司预计上半年归属于母公
司所有者的净利润约0.67亿元，同比增长约5倍；三角轮胎股份有限公司预计上半年归属于母公司所有者的净利润5.95亿～6.15亿元，同比增长1.7～1.8倍；贵州轮胎股份有限公司预计上半年归属于上市公司股东的净利润3亿～3.65亿元，同比增长88.58%～127.91%。
多家企业财报给出了盈利增长的原因，主要受益于原材料价格下降，公司的毛利率得到了改善。叠加海运费下跌和海外订单需求旺盛，综合作用下轮胎企业的利润空间扩大。
展望下半年，随着汽车轮胎产业链修复，行业产能整合优化加速落地，2023年轮胎行业有望开启新一轮上行周期。
（摘自《中国化工报》，2023-08-02）
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