國產(chǎn)高性能天然橡膠在航空輪胎胎面膠中的應(yīng)用

周寶珍，孫 濤，劉 峰，邢 濤，王俊英，王書磊，王振玲，陳少梅，陳雪梅

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

航空輪胎作為飛機(jī)與地面直接接觸的部件，向跑道傳遞制動(dòng)力，為轉(zhuǎn)向提供側(cè)向力，緩沖飛機(jī)起飛、降落和滑行時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)和沖擊力，輔助飛機(jī)在地面上滑行，具有負(fù)荷大、速度高、下沉量大、變形大、充氣壓力高等特點(diǎn)，因此航空輪胎必須具有優(yōu)異的抗沖擊、抗刺扎、抗撕裂、耐磨和耐高溫等性能，這就要求膠料具有較高的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率和較低的生熱等，以使其能夠承受飛機(jī)高速起飛產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力和著陸瞬間巨大沖擊力的要求[1-2]。

由于航空輪胎苛刻的使用條件，對(duì)航空輪胎使用的原材料各項(xiàng)指標(biāo)有嚴(yán)格的要求。天然橡膠（NR）因具有綜合加工性能優(yōu)異、拉伸強(qiáng)度高、半成品粘性好以及與合成橡膠相容性好的特點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用[3-4]，是制造航空輪胎的主要原材料。由于受地理環(huán)境以及加工技術(shù)等因素的影響，國產(chǎn)NR的性能與進(jìn)口NR存在較大差異，我國航空輪胎用高端NR長期依賴進(jìn)口[5-7]。本工作研究國產(chǎn)高性能NR替代泰國進(jìn)口NR煙膠片在航空輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，1#煙膠片，泰國進(jìn)口產(chǎn)品；高性能NR（煙膠片），中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院橡膠研究所產(chǎn)品；炭黑N234，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品。

1.2 配方

正常生產(chǎn)配方：NR（泰國） 100，炭黑N234 46，氧化鋅 3，硬脂酸 3，硫黃和促進(jìn)劑 2.4，其他 7.5。

試驗(yàn)配方：以國產(chǎn)高性能NR等量替代泰國進(jìn)口NR，其余組分及用量均同正常生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

GKl.5N型密煉機(jī)，德國克虜伯公司產(chǎn)品；Ф160 mm×320 mm開煉機(jī)，煙臺(tái)橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；P-200-2PCD型平板硫化機(jī)，中國臺(tái)灣磐石油壓工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；DKD-K-1680l型自動(dòng)硬度計(jì)，德國Bareiss公司產(chǎn)品；CMT-4503型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司產(chǎn)品；EPLEXOR500N型動(dòng)態(tài)粘彈譜分析儀，德國GABO公司產(chǎn)品；5109型彈性試驗(yàn)儀，德國Zwick/Roell公司產(chǎn)品；401A型熱老化試驗(yàn)箱，江蘇新真威試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-7012-D型磨耗試驗(yàn)機(jī)，中國臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝混煉。一段混煉在GKl.5N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1，混煉工藝為：生膠→炭黑→小料→排膠（160 ℃）；二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→下片。

膠料停放至少8 h后在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，條件為151 ℃×30 min。

1.5 性能測(cè)試

膠料各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 NR理化性能分析

國產(chǎn)高性能NR和泰國進(jìn)口NR的理化性能對(duì)比如表1所示。

表1 國產(chǎn)高性能NR和泰國進(jìn)口NR的理化性能對(duì)比

從表1可以看出：國產(chǎn)高性能NR的各項(xiàng)理化性能滿足GB/T 8089—2007要求；與泰國進(jìn)口NR相比，國產(chǎn)高性能NR的雜質(zhì)含量、塑性初值、門尼粘度和含膠率相當(dāng)，塑性保持率降低了6%，氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小了36%，揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小了65%，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小了24%，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率略有提高。

2.2 門尼粘度和硫化特性

表2示出了正常生產(chǎn)配方和試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度和硫化特性。從表2可以看出：與正常生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼焦燒時(shí)間縮短了5%，t10，t30，t60，t90－t10和ts2縮短了6%～11%，說明膠料的硫化速度加快；門尼粘度降低了7%，說明膠料的粘度降低；Fmax和Fmax－FL略有降低，說明膠料的交聯(lián)密度和模量下降，但差異均在5%范圍內(nèi)。

表2 正常生產(chǎn)配方和試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度和硫化特性

2.3 物理性能

表3示出了正常生產(chǎn)配方和試驗(yàn)配方膠料的物理性能。從表3可以看出，與正常生產(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)力分別降低了5.4%和8.1%，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率分別提高了6.7%和7.1%，撕裂強(qiáng)度提高了12%，高溫回彈值基本不變，DIN磨耗指數(shù)下降了14%，阿克隆磨耗量增大了17%。試驗(yàn)配方膠料的強(qiáng)伸性能略有提高，抗撕裂性能提高，但定伸應(yīng)力降低，耐磨性能下降（實(shí)際耐磨性能需要后續(xù)試制成品輪胎進(jìn)行路試驗(yàn)證）。

表3 正常生產(chǎn)配方和試驗(yàn)配方膠料的物理性能

從表3還可以看出，老化后試驗(yàn)配方膠料的100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力顯著提高，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率略有降低，DIN磨耗指數(shù)和抗切割指數(shù)減小，耐老化性能略差。

2.4 動(dòng)態(tài)生熱分析

膠料的損耗因子（tanδ）-溫度曲線如圖1所示。從圖1可以看出，試驗(yàn)配方膠料的動(dòng)態(tài)生熱水平與正常生產(chǎn)配方膠料相當(dāng)，這與高溫回彈值的測(cè)試結(jié)果一致。

圖1 膠料的tan δ-溫度曲線

試驗(yàn)配方膠料的綜合性能良好，可以用來試制成品輪胎進(jìn)行驗(yàn)證。

3 結(jié)論

（1）國產(chǎn)高性能NR的各項(xiàng)理化性能滿足GB/T 8089—2007要求。

（2）在航空輪胎胎面膠配方中以國產(chǎn)高性能NR等量替代泰國進(jìn)口NR，膠料的門尼粘度降低，焦燒時(shí)間縮短，硫化速度加快，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率有提高，耐老化性能稍差，動(dòng)態(tài)生熱水平相當(dāng)，試驗(yàn)配方膠料的綜合性能良好。