(中國粉體技術網/班建偉)目前,輪胎企業在發展中不僅遇到原材料全面漲價,輪胎制造成本大幅上升問題,而且國家對節能減排的要求也逐步提高。無機填料作為增容劑可降低成本,如碳酸鈣和陶土已廣泛應用于橡膠制品各領域,同時也是輪胎中不可缺少的填料,但總體來說,其主要是作為增容劑以降低成本。
近年來各種無機填料層出不窮,但補強效果都不理想,不可與炭黑同比,與白炭黑也有很大差距,幾種常用無機填料的基本性能如表1和2所示。從表1和2可見,這些填料突出特點都是所填充膠料定伸應力較低、變形大,這與其結構有關,不像炭黑的鏈狀結構,雖對其做了改性處理,但效果不明顯,反而增加了成本,導致未能廣泛推廣。在考慮應用這些無機填料時,不能單從傳統的物理性能來衡量,應根據其功能及在不同膠料中的作用擇優而用,效果會很明顯,成功的例子也不少,下面做簡要介紹。
1 碳酸鈣
碳酸鈣由于補強性差,在輪胎中的應用受到一定限制,將向超細化發展,我國現已生產納米碳酸鈣,在某些對補強要求不高的部件中可以考慮應用。在斜交輪胎內襯層膠中,因對其性能要求不高,只要確保胎體不露簾線就可以應用。子午線輪胎氣密層膠是成本最高的一個部件,其作用就是提高氣密性,只要保證膠料能很好地附著在胎體上就可以添加納米碳酸鈣,并降低含膠率。在氣密層膠中降低含膠率5% 就相當于節省5% 高價進口的鹵化丁基橡膠(HIIR),全行業將節省1萬t的HIIR,就相當于節省10億元。在國外子午線輪胎中,也常見采用碳酸鈣作為補強填充劑,氣密層膠應用碳酸鈣例舉如表3和4所示。
從表3和4可見,國外大輪胎公司在高性能或超高性能子午線輪胎氣密層膠中已采用碳酸鈣作為填料,因此在普通子午線輪胎中也可以考慮增加碳酸鈣用量,以降低含膠率,在一定程度上還可以改善膠料工藝性能。
2 硅鋁炭黑(SCA)
煤礦的綜合利用產品SCA曾列為國家重點科技攻關項目,根據其特點在胎側膠中應用5~10份,可延遲胎側膠硫化起點并改善輪胎外觀質量。在錦綸簾布膠中應用5~10份,對粘合性能(H抽出力)有一定提高而不影響其它性能,從而降低含膠率,節省生膠,降低成本,獲得了較好的效果。在我國錦綸輪胎第二輪攻關中加以推廣,原四川橡膠廠和太原橡膠廠已采用,山西陽泉炭黑廠已具備3 000 t·a 的產能。SCA 的缺點是密度較大,后來被MC(MT)炭黑取代,由于MC炭黑的密度在各種填料中是最小的,受到了用戶歡迎,使用較為普遍,用量也較大。
3 絹云母粉
對銅礦山綜合利用產品絹云母粉,湖南長沙礦冶研究院做了大量研發工作,并通過了原化工部技術鑒定。從表1和2可見,絹云母粉是無機填料中補強性最高的,由于其結構是層狀,對膠料氣體阻隔性有改善,被一些企業用于內胎膠料中。
4 化學組分以二氧化硅和三氧化二鋁為主的其它填料
原樺林橡膠廠在胎側膠中應用的活性硅灰粉(16份)也是天然礦物質,是硅灰石經粉碎(400目)所得的針狀白色粉末。結果表明,采用活性硅灰粉可提高膠料耐老化、抗裂口增長和耐疲勞性能,并能改善混煉和擠出工藝性能,每千克混煉膠降低成本0.46元,按年產200萬條輪胎計,可降低成本300多萬元,效益十分顯著。
榮成國泰輪胎有限公司在內胎膠料中應用7份活性硅白(無機短纖維、針狀晶體結構的白色粉末)和活性陶土,結果表明,內胎物理性能和工藝性能都比原產品優越,并降低成本0.47元·kg 。上述這些填料有許多共同點,就是其化學組分大多數都是以二氧化硅和三氧化二鋁為主,具有典型層狀硅酸鹽結構,有較大徑厚比,因此在氣體阻隔性能方面都較突出,用于內胎或氣密層膠有很大優越性。其理化性能指標見表5~6。
5 高嶺土
我國有很豐富的高嶺土資源。以天然高嶺土礦石為原料,經高溫煅燒而成的高嶺土是高檔紙、油漆、涂料、橡膠和塑料等產品的重要原料,被列入國家火炬計劃和科技部當前優先發展的高技術產業化重點領域材料類。但未經改性,其補強效果僅與MC炭黑相當,而密度大于MC炭黑,其基本性能見表8。高嶺土未經改性,白度非常高,作為自胎側或淺色制品填充劑是較理想的材料。內蒙古三保公司正在對其進行改性研究,以期達到白炭黑的補強效果。
6 白炭黑
至今為止,白炭黑是在輪胎中除炭黑以外補強效果最好的無機填料,在輪胎工業中被廣泛使用,除作粘合體系的組分之一,在胎面膠中的應用國外已很普遍,在我國仍有較大差距。當今節能環保要求越來越高,發展綠色輪胎是必然趨勢,而且用天然礦石作原料的白炭黑如取代1 t用油或天然氣作原料的炭黑就相當于節省1.9 t的原料油,生產1 t炭黑的能耗為2.7 t標煤。因此,積極用白炭黑取代部分炭黑對節能減排具有重大意義?,F代輪胎既要降低滾動阻力,又要提高抗濕滑性能,除聚合物影響以外,其次就是補強填料。目前無機填料白炭黑被各輪胎公司所關注,胎面膠應用白炭黑例舉如表9所示。
從表9可見,白炭黑用量已超過炭黑成為主要補強填料,最高用量達到67份,而炭黑僅為7~8份,白炭黑最少用量也在20份以上,采用的可能是高分散性白炭黑。此外,含膠率均較低,一般在50 以下,胎面膠邵爾A型硬度均在65~70度范圍內。關于動態性能,一般公認的0 ℃tan(~表征輪胎抗濕滑性能,此值均較高,一般在0.40~0.50,有很高的抗濕滑性能;而60℃ tan3表征輪胎的滾動阻力,從表9~11可見,此值都很低,在0.2左右,有很低的滾動阻力。在冬用輪胎和高性能子午線輪胎中,這幾個數據都十分重要,
采用大量白炭黑的膠料也達到了其要求。生膠品種幾乎都以SBR為主,是否采用了SSBR不得而知。從溶劑抽出物來看,不太可能采用充37.5份油的充油SBR??傊?,大量采用白炭黑是我國今后轎車子午線輪胎發展的一個趨勢,現在就應對工藝、材料做好技術準備工作。
9 結語
(1)無機填料大多是礦山資源的綜合利用產品,加大推廣應用力度對節能減排有重要意義。無機填料在輪胎工業中的應用要建立新的理念,改變傳統的補強觀點,應根據其特有的功能及在不同膠料中的關鍵作用擇優選用,可獲得降低成本和改善產品性能的綜合效果。
(2)具有層狀結構的硅酸鹽類無機填料具有良好的氣體阻隔性,當前用于成本昂貴的子午線輪胎氣密層膠中,可大幅度降低材料成本,并獲得良好的加工性能。
(3)發展綠色輪胎是必然趨勢,胎面膠以白炭黑為主取代炭黑作補強填料,我國已落后于國外大輪胎公司近5~6年時間,應從材料上和技術上做好準備,盡快縮小這一差距,為全國節能減排做出貢獻。
?歡迎進入【粉體論壇】
|