2024年4月26日发(作者：东浩言)
橡胶科技
原材料
·
配合
2020
年第
18
卷
多功能橡胶硫化活性剂ZH-73对全钢载重
子午线轮胎胎面胶性能的影响
李 鹏，于志勇，吕丹丹，董凌波
（三角轮胎股份有限公司，山东 威海 264200）
摘要：研究多功能橡胶硫化活性剂ZH-73对子午线轮胎胎面胶硫化特性、加工性能、物理性能和动态力学性能等的
t
90
延长，影响。结果表明：加入2份硫化活性剂ZH-73，混炼胶的门尼焦烧时间略缩短，流动性提高，加工性能改善；硫化
胶老化前后物理性能相当，60 ℃的损耗因子明显减小；成品轮胎耐久性能提高，滚动阻力系数降低。
关键词：硫化活性剂；多功能助剂；加工性能；动态力学性能；硫化特性；滚动阻力
中图分类号：U463.341
＋
.6；TQ330.38
＋
5 文章编号：2095-5448（2020）03-0146-04
文献标志码：A DOI：10.12137/.2095-5448.2020.03.0146
OSID开放科学标识码
(扫码与作者交流)
近年来，载重子午线轮胎发展迅速。载重车
辆轮胎胎面胶性能变化趋势与轿车轮胎相近，降
低轮胎滚动阻力成为一个重要研究方向
[
1-4
]
1 实验
1.1 主要原材料
NR，20
#
标准胶，马来西亚产品；顺丁橡胶
（BR），牌号9000，中国石化齐鲁石油化工公司产
品；炭黑N115，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；
氧化锌，潍坊奥龙锌业有限公司产品；硫化活性剂
ZH-73，纳维凯化工贸易有限公司提供。
1.2 配方
NR 80，BR 20，炭黑N115 50，氧化锌
3.5，硬脂酸 2，防老剂4020 2，防老剂TMQ
3.5，莱茵蜡 1.0，硫黄 1.69，促进剂TBBS
1.35，硫化活性剂ZH-73 变量（试验配方用量为
2，对比配方用量为0）。
1.3 主要设备和仪器
GK320E和GK550ET型密炼机，德国HF公司
产品；MDR2000型硫化仪、MV2000型门尼粘度
仪和RPA2000橡胶加工分析仪（RPA），美国阿尔
法科技有限公司产品；RH2200型柱塞式毛细管流
变仪，英国马尔文公司产品；Instron3367型电子拉
力试验机，美国Instron公司产品；动态热机械分析
（DMA）仪，德国GABO公司产品。
1.4 试样制备
胶料在串联密炼机中分两段进行混炼。
一段混炼在GK320E型密炼机中进行，混炼工
艺为：生胶→压压砣（30 s）→提压砣→加入炭黑、氧
。为确
保载重轮胎胎面胶的高定伸应力和强度、中硬度
等特性，配方生胶体系以天然橡胶（NR）为主。随
着欧盟REACH法规和市场对轮胎滚动阻力性能
要求的提高，常通过在胎面胶配方中添加高用量
白炭黑以及优化混炼工艺等方式以降低轮胎滚动
阻力，但过量的白炭黑势必会影响轮胎的磨耗性
能
5-8
。配方设计时需平衡轮胎磨耗、滚动阻力和
综合力学性能。
多功能橡胶硫化活性剂ZH-73（以下简称硫化
活性剂ZH-73）是一种结构优化的有机锌皂类助剂
与特殊活性剂复配改性而成的活性剂，与橡胶相
容性较好，既是一种良好的加工助剂，又是有效的
硫化活性剂，硫化过程中可以形成稳定的交联网
络；特殊芳烃结构能改善炭黑在聚合物中的润湿
性和分散性，有效地降低胶料滞后生热，改善胶料
的动态力学性能。
本工作研究硫化活性剂ZH-73的作用机理，及
其对子午线轮胎胎面胶硫化特性、加工性能、物理
性能和动态力学性能等的影响。
作者简介：李鹏（1986—），男，河南商丘人，三角轮胎股份有限
公司工程师，硕士，主要从事轮胎配方开发和混炼工艺研究工作。
E
-
：lipeng@
[]
· 146 ·
第
3
期
化锌、硬脂酸、防老剂和莱茵蜡→压压砣（40 s）→提
压砣→压压砣→提压砣（150 ℃）→排胶。二段混
炼在GK550ET型密炼机中进行，混炼时间为2 min，
温度保持在150 ℃，混炼工艺为：一段混炼胶→捣
胶→1/3硫黄和促进剂→捣胶→1/3硫黄和促进
剂→捣胶→1/3硫黄和促进剂→捣胶均匀→排胶。
1.5 性能测试
物理性能按照相应国家标准进行测试。
RPA应变扫描测试条件：温度 60 ℃，应变扫
描范围 0.7%～100%，频率 0.67 Hz。
DMA分析测试条件：静态应变 10%，动态应
变 5%，升温速率 5 ℃·min
-1
，频率 10 Hz，温
度 30～80 ℃。
2 结果与讨论
2.1 反应机理
硫化活性剂ZH-73通过与锌离子、硫黄和促进
剂生成络合物，在硫化过程中控制硫键的形成，直
接参与橡胶的硫化交联，重构交联网络；其分子结
构中的多个苯环能与炭黑表面的基团反应，起类
似偶联剂的作用，改善炭黑在橡胶中的分散性，降
低胶料生热。
2.2 硫化特性
混炼胶的硫化特性如表1所示。
表1 混炼胶的硫化特性
项 目试验配方对比配方
门尼粘度
[
ML（1＋4）100 ℃
]
5456
门尼焦烧时间
t
5
（125 ℃）/min22.3222.88
硫化仪数据（150 ℃）
F
L
/（dN·m）2.262.27
F
max
/（dN·m）15.0015.80
F
max
－
F
L
/（dN·m）12.7413.53
t
90
/min19.4217.75
从表1可以看出，与对比配方胶料相比，添
加硫化活性剂ZH-73的试验配方混炼胶
F
max
和
F
max
－
F
L
减小，交联密度降低，门尼焦烧时间缩短，
t
90
延长，硫化速率慢，这与硫化活性剂ZH-73侧基
与锌皂形成稳定的络合物，硫自由基与橡胶直接
交联有关。
2.3 毛细管流变性能
采用柱塞式毛细管流变仪测定混炼胶流变
性能。恒定压力使试样通过料筒底部的毛细管口
原材料
·
配合
橡胶科技
模，通过对试样在毛细管口模中的流场分析，计算
剪切粘度，结果如图1所示。
3 000
2024年4月26日发(作者：东浩言)
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原材料
·
配合
2020
年第
18
卷
多功能橡胶硫化活性剂ZH-73对全钢载重
子午线轮胎胎面胶性能的影响
李 鹏，于志勇，吕丹丹，董凌波
（三角轮胎股份有限公司，山东 威海 264200）
摘要：研究多功能橡胶硫化活性剂ZH-73对子午线轮胎胎面胶硫化特性、加工性能、物理性能和动态力学性能等的
t
90
延长，影响。结果表明：加入2份硫化活性剂ZH-73，混炼胶的门尼焦烧时间略缩短，流动性提高，加工性能改善；硫化
胶老化前后物理性能相当，60 ℃的损耗因子明显减小；成品轮胎耐久性能提高，滚动阻力系数降低。
关键词：硫化活性剂；多功能助剂；加工性能；动态力学性能；硫化特性；滚动阻力
中图分类号：U463.341
＋
.6；TQ330.38
＋
5 文章编号：2095-5448（2020）03-0146-04
文献标志码：A DOI：10.12137/.2095-5448.2020.03.0146
OSID开放科学标识码
(扫码与作者交流)
近年来，载重子午线轮胎发展迅速。载重车
辆轮胎胎面胶性能变化趋势与轿车轮胎相近，降
低轮胎滚动阻力成为一个重要研究方向
[
1-4
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1 实验
1.1 主要原材料
NR，20
#
标准胶，马来西亚产品；顺丁橡胶
（BR），牌号9000，中国石化齐鲁石油化工公司产
品；炭黑N115，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；
氧化锌，潍坊奥龙锌业有限公司产品；硫化活性剂
ZH-73，纳维凯化工贸易有限公司提供。
1.2 配方
NR 80，BR 20，炭黑N115 50，氧化锌
3.5，硬脂酸 2，防老剂4020 2，防老剂TMQ
3.5，莱茵蜡 1.0，硫黄 1.69，促进剂TBBS
1.35，硫化活性剂ZH-73 变量（试验配方用量为
2，对比配方用量为0）。
1.3 主要设备和仪器
GK320E和GK550ET型密炼机，德国HF公司
产品；MDR2000型硫化仪、MV2000型门尼粘度
仪和RPA2000橡胶加工分析仪（RPA），美国阿尔
法科技有限公司产品；RH2200型柱塞式毛细管流
变仪，英国马尔文公司产品；Instron3367型电子拉
力试验机，美国Instron公司产品；动态热机械分析
（DMA）仪，德国GABO公司产品。
1.4 试样制备
胶料在串联密炼机中分两段进行混炼。
一段混炼在GK320E型密炼机中进行，混炼工
艺为：生胶→压压砣（30 s）→提压砣→加入炭黑、氧
。为确
保载重轮胎胎面胶的高定伸应力和强度、中硬度
等特性，配方生胶体系以天然橡胶（NR）为主。随
着欧盟REACH法规和市场对轮胎滚动阻力性能
要求的提高，常通过在胎面胶配方中添加高用量
白炭黑以及优化混炼工艺等方式以降低轮胎滚动
阻力，但过量的白炭黑势必会影响轮胎的磨耗性
能
5-8
。配方设计时需平衡轮胎磨耗、滚动阻力和
综合力学性能。
多功能橡胶硫化活性剂ZH-73（以下简称硫化
活性剂ZH-73）是一种结构优化的有机锌皂类助剂
与特殊活性剂复配改性而成的活性剂，与橡胶相
容性较好，既是一种良好的加工助剂，又是有效的
硫化活性剂，硫化过程中可以形成稳定的交联网
络；特殊芳烃结构能改善炭黑在聚合物中的润湿
性和分散性，有效地降低胶料滞后生热，改善胶料
的动态力学性能。
本工作研究硫化活性剂ZH-73的作用机理，及
其对子午线轮胎胎面胶硫化特性、加工性能、物理
性能和动态力学性能等的影响。
作者简介：李鹏（1986—），男，河南商丘人，三角轮胎股份有限
公司工程师，硕士，主要从事轮胎配方开发和混炼工艺研究工作。
E
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：lipeng@
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· 146 ·
第
3
期
化锌、硬脂酸、防老剂和莱茵蜡→压压砣（40 s）→提
压砣→压压砣→提压砣（150 ℃）→排胶。二段混
炼在GK550ET型密炼机中进行，混炼时间为2 min，
温度保持在150 ℃，混炼工艺为：一段混炼胶→捣
胶→1/3硫黄和促进剂→捣胶→1/3硫黄和促进
剂→捣胶→1/3硫黄和促进剂→捣胶均匀→排胶。
1.5 性能测试
物理性能按照相应国家标准进行测试。
RPA应变扫描测试条件：温度 60 ℃，应变扫
描范围 0.7%～100%，频率 0.67 Hz。
DMA分析测试条件：静态应变 10%，动态应
变 5%，升温速率 5 ℃·min
-1
，频率 10 Hz，温
度 30～80 ℃。
2 结果与讨论
2.1 反应机理
硫化活性剂ZH-73通过与锌离子、硫黄和促进
剂生成络合物，在硫化过程中控制硫键的形成，直
接参与橡胶的硫化交联，重构交联网络；其分子结
构中的多个苯环能与炭黑表面的基团反应，起类
似偶联剂的作用，改善炭黑在橡胶中的分散性，降
低胶料生热。
2.2 硫化特性
混炼胶的硫化特性如表1所示。
表1 混炼胶的硫化特性
项 目试验配方对比配方
门尼粘度
[
ML（1＋4）100 ℃
]
5456
门尼焦烧时间
t
5
（125 ℃）/min22.3222.88
硫化仪数据（150 ℃）
F
L
/（dN·m）2.262.27
F
max
/（dN·m）15.0015.80
F
max
－
F
L
/（dN·m）12.7413.53
t
90
/min19.4217.75
从表1可以看出，与对比配方胶料相比，添
加硫化活性剂ZH-73的试验配方混炼胶
F
max
和
F
max
－
F
L
减小，交联密度降低，门尼焦烧时间缩短，
t
90
延长，硫化速率慢，这与硫化活性剂ZH-73侧基
与锌皂形成稳定的络合物，硫自由基与橡胶直接
交联有关。
2.3 毛细管流变性能
采用柱塞式毛细管流变仪测定混炼胶流变
性能。恒定压力使试样通过料筒底部的毛细管口
原材料
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模，通过对试样在毛细管口模中的流场分析，计算
剪切粘度，结果如图1所示。
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