36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線輪胎的研制

王傳鑄，趙 君，王銀竹，殷洪鑫，劉利民

[泰凱英（青島）專用輪胎技術(shù)研究開發(fā)有限公司，山東 青島 266100]

渣包車是一種冶金渣水的專用運(yùn)輸車，屬于特殊用途工程機(jī)械車輛，主要用于運(yùn)輸溫度為 1 100～1 300 ℃的廢渣水[1-2]。由于渣包車輪胎在使用過程中胎面和胎側(cè)極易被高溫渣水灼燒而引起輪胎燃燒失效，導(dǎo)致輪胎的使用壽命短和車輛的運(yùn)輸成本高[3]；此外，輪胎燃燒失效極易導(dǎo)致輪胎爆破而使高溫廢渣水傾瀉出來，造成極大的安全事故[4]。

市場調(diào)研結(jié)果顯示，某型號(hào)渣包車配套國際某知名品牌36.00R51巨型工程機(jī)械子午線輪胎，用于運(yùn)輸冶煉后的高溫渣水，其輪胎在使用過程全部燃燒失效，平均壽命僅2～4個(gè)月，而花紋磨損不到5%，輪胎的使用成本極高。針對(duì)此特殊工況特點(diǎn)，我公司設(shè)計(jì)阻燃胎面膠和胎側(cè)膠配方[5-9]，并對(duì)輪胎材料分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)了36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線輪胎，將其使用壽命延長到4個(gè)月以上，滿足了客戶需求?，F(xiàn)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況簡介如下。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國進(jìn)口產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國石化北京燕山石油化工有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1502，德國朗盛公司產(chǎn)品；炭黑N220和N330，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；白炭黑，羅地亞白炭黑（青島）有限公司產(chǎn)品；十溴二苯醚、硼酸鋅和三氧化二銻，濟(jì)南泰星精細(xì)化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

常規(guī)胎面膠配方：NR 80，SBR 20，炭黑N220 60，氧化鋅 3，防老劑4020/RD 3.5，促進(jìn)劑TBBS/硫黃 2.7，其他 3.5。

阻燃胎面膠配方：NR 80，SBR 20，炭黑N220 35，白炭黑 20，氧化鋅 3，防老劑4020/RD 3.5，十溴二苯醚/硼酸鋅/三氧化二銻 38，促進(jìn)劑TBBS/硫黃 2.9，其他 3.5。

常規(guī)胎側(cè)膠配方：NR 45，BR 55，炭黑N330 52，氧化鋅 5，防老劑4020/RD/DTPD 3.9，促進(jìn)劑TBBS/硫黃 2.25，其他 5.1。

阻燃胎側(cè)膠配方：NR 50，BR 50，炭黑N330 44，白炭黑 7，氧化鋅 5，防老劑4020/RD/DTPD 3.9，十溴二苯醚/硼酸鋅/三氧化二銻 35，促進(jìn)劑TBBS/硫黃 2.55，其他 5.1。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；GK270型和GK400型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XLB-Q 400×400×2型平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀和T2000型拉力機(jī)，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；橡膠氧指數(shù)測試儀，沈陽紫微恒檢測設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.4 膠料混煉

（1）常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠的混煉采用常規(guī)混煉工藝[10]。

（2）阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的混煉工藝如下。

小配合試驗(yàn)?zāi)z料在開煉機(jī)上進(jìn)行混煉，加料順序?yàn)椋荷z→小料→炭黑和白炭黑→十溴二苯醚、硼酸鋅和三氧化二銻→硫黃和促進(jìn)劑。

大料配合試驗(yàn)?zāi)z料在密煉機(jī)中進(jìn)行混煉，采用3段混煉工藝。

一段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為42 r·min-1，排膠溫度為（165±4）℃，加料順序?yàn)椋荷z、小料→炭黑、1/2十溴二苯醚、硼酸鋅和三氧化二銻→排膠、冷卻、下片。

二段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為39 r·min-1，排膠溫度為（160±4）℃，加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z（停放6～32 h）→白炭黑、剩余1/2十溴二苯醚→排膠、冷卻、下片。

三段混煉在GK270型密煉機(jī)中混煉，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，排膠溫度為（105±4）℃，加料順序?yàn)椋憾位鞜捘z（停放6～32 h）→硫黃、促進(jìn)劑→排膠、冷卻、下片。

1.5 性能測試

各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 小配合試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Laboratory test results

從表1可以看出：與常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠相比，阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的硫化特性變化不大；300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率降低；胎側(cè)膠的屈撓壽命縮短；阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的氧指數(shù)均達(dá)到24%以上，阻燃胎面膠的阻燃性能比常規(guī)胎面膠提高36%，阻燃胎側(cè)膠的阻燃性能比常規(guī)胎側(cè)膠提高28%。

2.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出：與常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠相比，阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的硫化特性變化不大，300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率降低；胎側(cè)膠的屈撓壽命縮短；阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的氧指數(shù)均達(dá)到24%以上，阻燃胎面膠的阻燃性能比常規(guī)胎面膠提高37%，阻燃胎側(cè)膠的阻燃性能比常規(guī)胎側(cè)膠提高29%。大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果一致。

表2 大配合試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Workship test results

雖然阻燃胎面膠的磨耗性能比常規(guī)胎面膠降低，但考慮到輪胎在實(shí)際使用中花紋磨損極小時(shí)即失效，因此阻燃輪胎的耐磨性能完全滿足使用要求。

在室內(nèi)使用酒精燈點(diǎn)燃常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠試片以及阻燃胎面膠和胎側(cè)膠試片，酒精燈移除后常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠試片劇烈燃燒至盡，而阻燃胎面膠和胎側(cè)膠試片在酒精燈移開后5 s內(nèi)迅速熄滅，阻燃性能良好。分析認(rèn)為：膠料的氧指數(shù)增大，阻燃性能提高[11-14]，大氣中氧氣含量約為21%，常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠的氧指數(shù)均低于19%，因此在空氣中著火后可劇烈燃燒；阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的氧指數(shù)均在24%以上，阻燃性能大幅提高，在空氣中被引燃后可自滅。

阻燃胎側(cè)膠的屈撓壽命比正常胎側(cè)膠縮短17%，常規(guī)輪胎實(shí)際使用30個(gè)月時(shí)胎側(cè)無裂口問 題[15-16]，據(jù)此推算阻燃胎側(cè)膠可保證使用24個(gè)月以上無裂口問題，完全滿足客戶4個(gè)月以上使用壽命需求。

2.3 成品輪胎路試

根據(jù)阻燃胎面膠和胎側(cè)膠性能及客戶需求，對(duì)36.00R51巨型工程機(jī)械子午線輪胎胎側(cè)和胎面材料分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[17]，并應(yīng)用阻燃胎面膠和胎側(cè)膠試生產(chǎn)4條36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線輪胎發(fā)往某煉鋼廠進(jìn)行路試。

36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線輪胎與競品輪胎的路試結(jié)果對(duì)比如表3所示。

從表3可知，阻燃輪胎除1條抗刺扎失效外，其余3條均為炭化失效，平均使用壽命達(dá)到154 d（約5個(gè)月），達(dá)到客戶4個(gè)月以上的使用壽命要求，較4條燃燒失效的競品輪胎的平均壽命（110 d）延長了44 d，延長40%。使用阻燃輪胎經(jīng)濟(jì)效益明顯，可顯著降低客戶的輪胎使用成本、提高渣水運(yùn)輸過程中的安全性，產(chǎn)品獲得客戶的認(rèn)可。

表3 成品輪胎路試結(jié)果Tab.3 Road test results of finished tires

3 結(jié)論

（1）小配合和大配合試驗(yàn)結(jié)果表明，采用十溴二苯醚、硼酸鋅、三氧化二銻阻燃材料的阻燃胎面膠和胎側(cè)膠，其氧指數(shù)達(dá)到24%以上，阻燃性能大幅提高。

（2）成品輪胎路試結(jié)果表明，采用阻燃胎面膠和胎側(cè)膠試制的36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線輪胎可有效防止高溫廢渣水灼燒輪胎引起的輪胎燃燒失效，平均使用壽命達(dá)到154 d，比競品輪胎使用壽命延長40%，不但降低了輪胎的使用成本，更是降低了渣包車運(yùn)輸過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。