为摆脱原材料对石油资源的依赖,促进轮胎工业持续、稳定、协调发展,开发非石油资源配合剂是轮胎原材料发展的重要方向。产于俄罗斯的Shungit是一种具有特殊结构的天然非金属矿物材料,试验研究表明,Shungit应用于轮胎可部分替代传统的补强填充剂炭黑和白炭黑。
基本性质和工艺性能
Shungit由结晶硅酸盐粒子均匀分散在无定形碳基质中生成。其微观结构类似富勒烯,为分层球体,固定相碳含量约占30%,分散相硅酸盐约占70%,在碳和硅酸盐之间有很强的键连接。它具有高密度,高的化学稳定性和良好的导电性能,而且其粒子表面会有一定数量可被溶剂抽提出来的有机物,这些物质在胶料加工过程中起“内部增塑剂”或工艺操作助剂的作用,能改善胶料加工工艺性能。用于轮胎能赋予某些特殊宝贵的特性。
含炭黑的胶料在混炼过程中,并用的Shungit显示出工艺操作助剂的特性,它加快混炼操作,缩短混炼周期,降低能耗,见表3。还促使填充剂迅速分散,减少粉尘,增加胶料塑性,使其流动性好,有利于橡胶和轮胎骨架材料(尼龙帘布和钢丝帘线)的黏合。改善胶料在开炼机上的操作,使压延和压出半成品胶片表面质量得到改善。
含炭黑的胶料在混炼过程中,并用的Shungit显示出工艺操作助剂的特性,它加快混炼操作,缩短混炼周期,降低能耗。还促使填充剂迅速分散,减少粉尘,增加胶料塑性,使其流动性好,有利于橡胶和轮胎骨架材料(尼龙帘布和钢丝帘线)的黏合。改善胶料在开炼机上的操作,使压延和压出半成品胶片表面质量得到改善。
在轮胎中的应用
俄罗斯和印度许多学者已经对Shungit的基本性能及其在轮胎中的应用进行了大量系统的研究。俄罗斯轮胎公司已在轮胎产品中使用了3~4年,日本、韩国轮胎公司和我国珠江轮胎公司也在开展Shungit用于轮胎的试验工作。初步结果显示Shungit用于轮胎胎面、子口、三角胶芯和气密层等部件均有很好的效果。
含炭黑的胎体胶料中加入10份Shungit,胶料门尼粘度数值相当,焦烧安全性有所改善,正硫化时间略增加,硫化胶模量有所提高。拉伸强度、扯断伸长率变化不大,对老化性能没有影响。H抽出试验表明,橡胶和浸胶尼龙帘线(1680D/2)的黏合性能有所改善,尤其是老化后黏合强度保持率较好。
含炭黑的胎圈胶料中加入20份Shungit,胶料门尼粘度略有提高,焦烧安全性有所改善,正硫化时间稍有增加,硫化胶模量和硬度增加,拉伸强度和扯断伸长率下降,100℃下热空气老化72小时后扯断伸长率保持率略有改善。胎圈钢丝抽出试验表明,橡胶和钢丝帘线的黏合性能有明显改善。
含炭黑的卡车轮胎胎面胶中加入20份Shungit,胶料门尼粘度和焦烧安全性变化不大,正硫化时间与原胶料相当。模量和硬度稍有增加,拉伸强度和扯断伸长率略有降低,在100℃下热空气老化72小时后拉伸强度和扯断伸长率保持率稍降低。动态力学性能试验表明,含Shungit的胶料在60℃时tanδ数值较低,表明它具有低的滚动阻力,适用于高性能轮胎。在冬季轮胎胎面胶中加5~10份Shungit,能提高轮胎对冰雪路面的抓着力,胶料有良好的加工性能,也适用于冬季轮胎。
Shungit替代白炭黑用于“绿色轮胎”,其力学性能与含白炭黑的胶料相近,撕裂强度优于含白炭黑胶料,老化后性能保持率也优于含白炭黑胶料。性能见表7。