礦山專(zhuān)用全鋼載重子午線(xiàn)輪胎胎面膠配方的開(kāi)發(fā)

許建欣

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

進(jìn)入21世紀(jì)，隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)生了巨大變化，載重車(chē)輛除了主要的大載荷、高速度、長(zhǎng)距離運(yùn)輸外，短途、混合路面的運(yùn)輸方式增長(zhǎng)較快。傳統(tǒng)單一的公路輪胎已不能適應(yīng)這種復(fù)雜路面和負(fù)荷特點(diǎn)的要求，往往出現(xiàn)局部性能過(guò)剩或者不足情況。形式相對(duì)單一、花紋通用性較大、專(zhuān)用性體現(xiàn)不明確的輪胎很難適應(yīng)目前運(yùn)輸車(chē)輛對(duì)復(fù)雜路面特別是在礦山和非等級(jí)公路上的使用要求[1-5]。

為滿(mǎn)足運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展需求，我公司通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，在輪胎產(chǎn)品設(shè)計(jì)上進(jìn)行細(xì)分細(xì)化。為進(jìn)一步提高礦山專(zhuān)用全鋼載重子午線(xiàn)輪胎的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊性能，對(duì)其胎面膠配方進(jìn)行了研發(fā)并進(jìn)行了成品試制[6-11]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1502，中國(guó)石油化工股份有限公司齊魯分公司產(chǎn)品；炭黑N115，山東華東橡膠材料有限公司產(chǎn)品；白炭黑，山東聯(lián)科新材料有限公司產(chǎn)品；萊茵塑分?GE3082，萊茵化學(xué)（青島）有限公司產(chǎn)品；硫黃，無(wú)錫嘉鴻橡膠助劑有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑CBS，榮成市化工總廠(chǎng)有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)配方 份

1.3 試驗(yàn)設(shè)備和儀器

GK400N型密煉機(jī)，德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品；GK270N型密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XK-160型開(kāi)煉機(jī)和XLB-400-2000型平板硫化機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；MDR2000E型硫化儀、MV2000型門(mén)尼粘度儀和Tensometer2000型電子拉力機(jī)，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；401B型老化箱，江都試驗(yàn)機(jī)械廠(chǎng)產(chǎn)品；四輥鋼絲壓延機(jī)，意大利RODOLFO公司產(chǎn)品；鋼絲簾布90°裁斷機(jī)，德國(guó)FISCHER公司產(chǎn)品；LCZ-2024型全鋼載重子午線(xiàn)輪胎成型機(jī)，軟控股份有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

大配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉，一段混煉在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，排膠溫度為155～165 ℃，加料順序?yàn)椋篘R、SBR、氧化鋅、防老劑、炭黑、白炭黑、芳烴油等→排膠；二段混煉在GK270N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z、硫黃和促進(jìn)劑→排膠（95～105 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

各配方膠料的硫化特性見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)：各配方膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間均偏長(zhǎng)；除4#配方膠料的Fmax偏大外，其他配方膠料的Fmax和FL均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；除1#配方膠料的t90在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，其他配方膠料的t10和t90均偏長(zhǎng)。

表2 膠料的硫化特性

2．2 物理性能

各配方膠料的物理性能見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)：與3#配方膠料相比，多加7份炭黑N115的4#配方膠料老化前后的密度、邵爾A型硬度、300%定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度和耐磨性能明顯提高，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和回彈值減??；其他組分相同時(shí)，隨著SBR用量的增大，膠料的硬度和撕裂強(qiáng)度有上升的趨勢(shì)，拉伸強(qiáng)度和回彈值有下降的趨勢(shì)。

表3 膠料的物理性能

2.3 裝車(chē)試驗(yàn)

將試驗(yàn)輪胎發(fā)往內(nèi)蒙古包頭進(jìn)行裝車(chē)試驗(yàn)，車(chē)型：3軸10輪自卸車(chē)，車(chē)載荷（包括自身質(zhì)量）為65～75 t，充氣壓力為1 450 kPa；作業(yè)：轉(zhuǎn)運(yùn)鐵礦石，每日作業(yè)近24 h；作業(yè)路面：硬基石塊路面和柏油路面；最高速度：礦區(qū)為30 km·h-1，柏油路為45～50 km·h-1。裝車(chē)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。由表4得出以下初步結(jié)論。

表4 裝車(chē)試驗(yàn)結(jié)果

（1）1#配方胎面膠的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊綜合性能最好，其次為3#配方胎面膠，4#配方胎面膠最差，運(yùn)行10 d左右就出現(xiàn)了明顯的掉塊現(xiàn)象。

（2）其他組分相同時(shí)，SBR用量增大可提高胎面膠的耐磨性能。

（3）硬度相對(duì)較小的胎面膠的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊綜合性能較好。

2.4 里程試驗(yàn)

根據(jù)室內(nèi)和裝車(chē)試驗(yàn)結(jié)果，3#配方胎面膠綜合性能較好。為驗(yàn)證礦山專(zhuān)用全鋼載重子午線(xiàn)輪胎新產(chǎn)品的實(shí)際使用效果，將第1批采用3#配方胎面膠的11.00R20和12.00R20試驗(yàn)輪胎投放到陜西地區(qū)進(jìn)行4個(gè)月的實(shí)際里程試驗(yàn)，并與普通輪胎進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)輪胎使用里程超過(guò)40 000 km。

2.4.1 試驗(yàn)安排

試驗(yàn)協(xié)作單位為陜西恒悅公司。試驗(yàn)地點(diǎn)及條件如下：11.00R20輪胎投放于陜西富平縣的雙橋載重車(chē)，運(yùn)輸貨物為碎石等，行駛路面為河道碎石路與柏油路面為主，載質(zhì)量為40 t以上，使用條件相對(duì)惡劣且載荷大；12.00R20輪胎投放于陜西山陽(yáng)地區(qū)的單橋載重車(chē)，運(yùn)輸貨物為沙石等建筑材料，行駛道路以山路為主，載質(zhì)量為30 t左右，載荷大。

2.4.2 試驗(yàn)結(jié)果

（1）返回量的統(tǒng)計(jì)分析。11.00R20輪胎共投放100條，損壞6條，其中胎圈損壞4條、冠部損壞2條，損壞時(shí)間均在使用接近3個(gè)月、行駛里程接近40 000 km時(shí)，損壞率為6%；12.00R20輪胎投放100條，損壞5條，其中胎圈損壞3條、胎肩損壞1條、胎冠損壞1條，損壞時(shí)間均在使用接近4個(gè)月、行駛里程接近50 000 km時(shí)，損壞率為5%。從輪胎試驗(yàn)地區(qū)和損壞的特征、數(shù)量等情況來(lái)看，長(zhǎng)時(shí)間行駛和大載荷以及惡劣路況是造成輪胎損壞的關(guān)鍵因素。

（2）試驗(yàn)效果評(píng)價(jià)。據(jù)試驗(yàn)地區(qū)輪胎經(jīng)銷(xiāo)商反映，陜西地區(qū)11.00R20普通輪胎在該地區(qū)的退賠率達(dá)到7%以上，12.00R20普通輪胎的退賠率達(dá)到6%以上，試驗(yàn)輪胎的綜合損壞率相比降低1%以上。此外用戶(hù)評(píng)價(jià)試驗(yàn)輪胎的抗刺扎性能和驅(qū)動(dòng)性能與普通輪胎相比有明顯提高，平均單耗可以提高10%以上，綜合里程延長(zhǎng)10%左右，使用壽命延長(zhǎng)，使用效果滿(mǎn)意。

3 結(jié)論

進(jìn)行了礦山專(zhuān)用全鋼載重子午線(xiàn)輪胎胎面膠配方的開(kāi)發(fā)。結(jié)果表明，NR/SBR并用比為80/20的3#配方胎面膠的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊綜合性能較好，試驗(yàn)輪胎的實(shí)際里程試驗(yàn)損壞率比普通輪胎下降1%以上，綜合里程延長(zhǎng)約10%。