低生熱界面活性劑B-206在全鋼巨型工程機械子午線輪胎胎面膠中的應用

余團清，張文標，黃晶晶，施大全，黃振華，王劍峰

（海安橡膠集團股份公司，福建 莆田 351254）

全鋼巨型工程機械子午線輪胎是一種用于低速、重載工程車輛的輪胎，一般都是在惡劣環(huán)境和苛刻條件下工作，路面不平坦，經(jīng)常是晝夜連續(xù)作業(yè)，行駛時間較長。在高負荷運行情況下，輪胎與路面接觸受應力沖擊摩擦較大，胎面膠溫升較高，輪胎整體溫度也會隨之升高，容易導致熱脫層而早期報廢，因此全鋼巨型工程機械子午線輪胎對胎面膠的生熱性能提出更高的要求。

低生熱界面活性劑B-206（簡稱活性劑B-206）是表面活性物質(zhì)與脂肪酸衍生物的混合物，含有特定活性組分，極易被填料吸收，能有效阻止填料團聚，促進填料分散，提高膠料的均勻性并降低粘度，填料可更好地浸潤到橡膠分子鏈中，使硫化膠生熱降低，從而延長輪胎使用壽命和行駛里程[1-4]。

本工作主要研究活性劑B-206在全鋼巨型工程機械子午線輪胎胎面膠中的應用，探討其對膠料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），3#煙膠片，泰國產(chǎn)品；炭黑N220，山東貝斯特化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑VN3GR，贏創(chuàng)嘉聯(lián)白炭黑（南平）有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，泉州中泰鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品；硅烷偶聯(lián)劑，贏創(chuàng)嵐星化學工業(yè)有限公司產(chǎn)品；活性劑B-206，青島永信橡塑材料有限公司產(chǎn)品；防老劑4020和RD，圣奧化學科技有限公司產(chǎn)品；B型防護蠟，青島萊茵化學有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方（1#配方）：NR 100，炭黑N220 45，白炭黑 10，B型防護蠟 1.5，硅烷偶聯(lián)劑 2，防老劑4020 1.5，防老劑RD 1.0，其他 12。

2#—4#試驗配方在生產(chǎn)配方的基礎上分別加入2，3和5份活性劑B-206。

1.3 主要設備和儀器

X（S）M-1.5×（10～100）型智能實驗密煉機和XK-160型開煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產(chǎn)品；GK-270N型和GK-400N型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產(chǎn)品；UT-2080型拉力試驗機、UD-3500型炭黑分散度儀和UM-2050型門尼粘度儀，中國臺灣優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；GT-M2000A型無轉(zhuǎn)子硫化儀，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；LX-A型硬度計和JC-1076型阿克隆磨耗機，江都市精誠測試儀器有限公司產(chǎn)品；GH-50T型平板硫化機，泉州金鷹機械有限公司產(chǎn)品；YS-Ⅲ型橡膠壓縮生熱試驗機，北京澳瑪琦科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料采用3段混煉工藝。

一段和二段混煉在X（S）M-1.5×（10～100）型智能實驗密煉機中進行，初始溫度為80 ℃。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：加入生膠→壓壓砣60 s→加入氧化鋅、硬脂酸、2/3炭黑、活性劑和白炭黑→壓壓砣，混煉50 s→提壓砣，清掃5 s→壓壓砣，混煉40 s→排膠[（155±5）℃]；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：加入一段混煉膠→壓壓砣，混煉30 s→加入剩余炭黑、防老劑等→壓壓砣，混煉50 s→提壓砣，清掃5 s→壓壓砣，混煉30 s→排膠[（150±5）℃]；三段混煉在XK-160型開煉機上進行，混煉工藝為：加入二段混煉膠→輥距調(diào)至3 mm→包輥→加入硫黃、促進劑和防焦劑→混煉→左右割刀各3次→打三角包3次（最小輥距）→下片。各段混煉膠停放時間不短于8 h。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料采用3段混煉工藝。

一段和二段混煉在GK-400N型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，壓砣壓力為0.5 MPa。一段和二段混煉加料順序和混煉要求均與小配合試驗一段和二段混煉相同，各段混煉膠停放時間不短于8 h。終煉在GK-270N型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，壓砣壓力為0.3 MPa。終煉工藝為：加入二段混煉膠、硫黃、促進劑和防焦劑→壓壓砣，混煉40 s→提壓砣，清掃5 s→壓壓砣，混煉30 s→排膠[（100±5）℃]，停放8 h。

1.5 性能測試

硫化特性采用無轉(zhuǎn)子硫化儀進行測試，測試溫度為143 ℃，時間為120 min。膠料的物理性能均按照相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

活性劑B-206的理化分析結果如表1所示。

表1 活性劑B-206的理化分析結果

從表1可以看出，活性劑B-206的各項理化性能均達到企業(yè)標準要求。

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

小配合試驗膠料的硫化特性如表2所示。

表2 小配合試驗膠料的硫化特性（143 °C）

從表2可以看出，與未加入活性劑B-206的膠料相比，加入活性劑B-206的膠料硫化誘導期延長，硫化速度加快，F(xiàn)max降低。其原因是活性劑B-206是脂肪酸衍生物的混合物，起物理增塑效果，橡膠分子間的作用力減弱，使填料更好地浸潤到橡膠分子鏈中，同時其又是硫化促進助劑，對硫化有一定的促進作用。隨著活性劑B-206用量的增大，硫化誘導期沒有變化，硫化速度加快，F(xiàn)L和Fmax減小，t100縮短。其原因是活性劑B-206用量增大，增塑效果增強，橡膠的流動加快，活性劑B-206游離在橡膠分子鏈外，參與促進硫化。

2.2.2 物理性能

考察在正硫化和過硫化狀態(tài)下，小配合試驗硫化膠的物理性能，結果如表3所示。

從表3可以看出：與未加入活性劑B-206的硫化膠相比，在正硫化條件下加入活性劑B-206的硫化膠的邵爾A型硬度和定伸應力有所下降，生熱降低，耐磨性能提高；隨著活性劑B-206用量的增大，硫化膠的邵爾A型硬度變化不大，定伸應力降低，生熱逐漸提升，耐磨性能逐漸下降；在過硫化和老化后，加入活性劑B-206的硫化膠依舊保持較好的物理性能。當活性劑B-206用量為2份時硫化膠生熱最低，同時物理性能較好，這是由于活性劑B-206的表面活性物質(zhì)和脂肪酸衍生物有極性基團，并通過其極性作用，改變橡膠分子側鏈鏈端的極性，降低橡膠分子鏈的相互作用，提高炭黑分子的移動能力，最終改善膠料的流動性和炭黑分散性，從而影響硫化膠的性能。

表3 小配合試驗硫化膠的物理性能

2.3 大配合試驗

根據(jù)小配合試驗結果，進一步驗證活性劑B-206在胎面膠中的應用效果，對1#與2#配方進行了大配合試驗對比。

2.3.1 硫化特性

大配合試驗膠料的硫化特性如表4所示。

從表4可以看出：大配合試驗膠料的硫化特性與小配合試驗膠料基本一致；加入活性劑B-206的膠料門尼粘度下降，有助于改善膠料的加工性能。

表4 大配合試驗膠料的硫化特性

2.3.2 物理性能

大配合試驗硫化膠的物理性能如表5所示。

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能

從表5可以看出，大配合試驗結果與小配合試驗結果基本一致。

2.3.3 炭黑分散性

大配合試驗硫化膠中炭黑的分散性如圖1和表6所示，炭黑的分散性按照ISO 11345：2006《橡膠 炭黑和炭黑/白炭黑分散性的評估 快速比較法》進行測試。

從圖1和表6可以看出：與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠的炭黑分散Y值較小，X值較大，說明炭黑的分散性較好，分散均勻程度較高，這是由于活性劑B-206有增塑效果，可以降低橡膠分子鏈的相互作用，改善膠料的流動性，促進填料分散均勻。

表6 大配合試驗硫化膠中炭黑分散度

圖1 炭黑的分散性

2.4 工藝性能

2#配方膠料的工藝性能如下。

（1）混煉膠表面光滑，韌性好，均勻致密，混煉過程中配合劑易分散；

（2）擠出胎面表面光滑，尺寸穩(wěn)定，無破邊現(xiàn)象，斷面均勻致密；

（3）成型工藝正常，胎面膠粘合性能好。

2.5 成品輪胎性能

采用1#和2#配方膠料各生產(chǎn)27.00R49全鋼巨型工程機械子午線輪胎6條，在國內(nèi)某礦山安裝于相同車型工程車輛上，跟蹤兩種配方成品輪胎使用情況，結果如表7所示。

表7 成品輪胎礦山使用性能對比

從表7可以看出，實際裝車試驗中2#配方輪胎比1#配方輪胎使用壽命延長。

3 結論

在全鋼巨型工程機械子午線輪胎胎面膠中加入2份活性劑B-206，即可改善膠料中炭黑的分散性，減少炭黑聚集，膠料的拉伸強度和拉斷伸長率提高，生熱和阿克隆磨耗量降低，加工性能優(yōu)異，輪胎的使用壽命延長。