熱穩(wěn)定劑TCA-90在全鋼子午線(xiàn)輪胎胎肩墊膠中的應(yīng)用

王連勇，劉松山

（山東中創(chuàng)輪胎股份有限公司，山東 臨沂 276300）

全鋼子午線(xiàn)輪胎的胎肩部位是胎冠與柔軟胎側(cè)及高剛度帶束層的過(guò)渡部位，是輪胎應(yīng)力最大的區(qū)域，在輪胎行駛過(guò)程中變形較大，從而使輪胎各部位之間及原材料分子之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)、摩擦，使輪胎產(chǎn)生并積累了大量的熱量，特別是胎肩作為輪胎的最厚部位更是難以散熱。隨著輪胎的行駛，熱量積累越來(lái)越多，溫度越來(lái)越高，導(dǎo)致胎肩墊膠產(chǎn)生硫化返原現(xiàn)象，從而引起墊膠交聯(lián)鍵斷裂，性能下降，進(jìn)而導(dǎo)致肩空，輪胎報(bào)廢。因此胎肩墊膠的低生熱性能和耐熱穩(wěn)定性能至關(guān)重要。

熱穩(wěn)定劑TCA-90的化學(xué)名稱(chēng)為雙馬來(lái)酰亞胺衍生物，無(wú)毒、無(wú)污染、不遷移、不變色，可賦予橡膠制品優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，改善橡膠制品高溫下的動(dòng)態(tài)性能，能夠降低硫化膠生熱，提高輪胎耐久性能。本工作研究熱穩(wěn)定劑TCA-90在全鋼子午線(xiàn)輪胎胎肩墊膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；炭黑N326和白炭黑HM-6175，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；不溶性硫黃，濰坊嘉鴻化工有限公司產(chǎn)品；熱穩(wěn)定劑TCA-90，黃巖東海化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑 39，白炭黑 10，不溶性硫黃 2.4，促進(jìn)劑NS/CZ 1.5，其他14.27。

試驗(yàn)配方中加入2份熱穩(wěn)定劑TCA-90，其余組分及用量均同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.5L實(shí)驗(yàn)室密煉機(jī)，青島先銳機(jī)電有限公司產(chǎn)品；BB430（液壓）型密煉機(jī)，日本神戶(hù)制鋼公司產(chǎn)品；XKY-660E型開(kāi)煉機(jī)、XM-270（液壓）型密煉機(jī)和JYSZ-936×416錐形雙螺桿橡膠擠出壓片機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MV2000型門(mén)尼粘度計(jì)和MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；3365型萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；RH-2000N型壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)和GT-7017-EM型老化試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗(yàn)

膠料采用兩段混煉工藝，一段混煉在1.5 L密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：生膠→壓壓砣45 s→小料、炭黑→壓壓砣2次→排膠；二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑→搗膠6次下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

膠料采用三段混煉工藝：一段混煉采用變速煉膠，在BB430型密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：生膠、小料（轉(zhuǎn)速50 r·min-1，壓壓砣30 s）→提壓砣（加炭黑、氧化鋅）→壓壓砣（轉(zhuǎn)速50 r·min-1）→提壓砣（135 ℃）→壓壓砣（轉(zhuǎn)速40 r·min-1）→提壓砣排膠（155 ℃）；二段混煉在BB430型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠（壓壓砣30 s）→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣→提壓砣→排膠（150 ℃）；三段混煉在XM-270型密煉機(jī)中進(jìn)行，變速煉膠，混煉工藝為：二段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑（轉(zhuǎn)速25 r·min-1，壓壓砣35 s）→提壓砣→壓壓砣25 s（轉(zhuǎn)速25 r·min-1）→提壓砣→壓壓砣（轉(zhuǎn)速15 r·min-1）→提壓砣→排膠（100 ℃）

1.5 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

熱穩(wěn)定劑TCA-90理化分析結(jié)果如表1所示。

表1 熱穩(wěn)定劑TCA-90的理化分析結(jié)果

從表1可以看出，熱穩(wěn)定劑TCA-90的理化性能達(dá)到指標(biāo)要求。

2.2 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)結(jié)果如表2和3所示。

從表2和3可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的R97提高約43%，抗硫化返原性能明顯改善，硫化膠的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和回彈值增大，壓縮疲勞溫升和永久變形降低。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

2.3 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)結(jié)果如表4和5所示。

從表4可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門(mén)尼焦燒安全性基本相當(dāng)，硫化速度稍慢，抗硫化返原性能提高，可以認(rèn)為加入熱穩(wěn)定劑TCA-90后膠料的耐熱穩(wěn)定性能明顯提升。

表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

從表5可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力相當(dāng)，拉伸強(qiáng)度和回彈值增大，壓縮生熱降低。

表3 小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

表5 大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

2.4 工藝性能

在熱喂料擠出機(jī)上進(jìn)行墊膠擠出工藝性能對(duì)比，結(jié)果顯示在相同的擠出條件下試驗(yàn)配方膠料擠出墊膠的尺寸穩(wěn)定性以及成型過(guò)程中表面和接頭粘合性能與正常生產(chǎn)配方膠料無(wú)明顯差別，完全滿(mǎn)足工藝要求。

2.5 成品性能

選用12.00R20規(guī)格輪胎進(jìn)行成品試驗(yàn)，耐久性能按GB/T 4501—2008《載重汽車(chē)輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)速度為55 km·h-1，當(dāng)累計(jì)行駛時(shí)間達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的47 h后，負(fù)荷每10 h增加10%，同時(shí)試驗(yàn)速度每10 h增加5 km·h-1，直至輪胎損壞為止。

試驗(yàn)輪胎和生產(chǎn)輪胎的累計(jì)行駛時(shí)間分別為92和74 h，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)兩種輪胎的損壞形式均為胎肩脫層。輪胎切片分析顯示，生產(chǎn)輪胎損壞部位表面膠料有燒焦發(fā)粘現(xiàn)象，試驗(yàn)輪胎損壞部位呈現(xiàn)少量膠料粉末，無(wú)燒焦發(fā)粘現(xiàn)象，耐熱性能明顯改善，耐久性能提高。

3 結(jié)論

在全鋼子午線(xiàn)輪胎胎肩墊膠配方中加入2份熱穩(wěn)定劑TCA-90，膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間基本相當(dāng)，硫化速度稍慢，抗硫化返原性能改善，硫化膠的100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力相當(dāng)，拉伸強(qiáng)度和回彈值增大，壓縮生熱降低，成品輪胎的耐熱性能和耐久性能提高。