全鋼載重子午線輪胎胎體配方優(yōu)化

薛丹，沈春和，肖春，羅花娟

( 陜西延長石油集團橡膠有限公司，陜西 咸陽 712000)

輪胎成型是將準備好的內(nèi)襯層、胎體簾布、鋼絲圈、子口布、胎肩墊膠、胎冠、胎側(cè)、帶束層等各種半成品部件在成型機上按一定標準要求通過一定工藝措施組合成胎坯[1]。自黏性在成型過程中很重要 , 因而也被稱為成型黏性。胎體簾布黏性差，與其直接接觸的內(nèi)襯層、子口布、胎肩墊膠、胎側(cè)的貼合不緊密，硫化成輪胎容易出現(xiàn)層間氣泡，造成降級甚至是報廢[2～5]。目前我公司的胎體黏性隨天然橡膠批次變化波動經(jīng)常出現(xiàn)黏性下降的情況，嚴重影響輪胎的質(zhì)量穩(wěn)定。適當提高胎體簾布的成型黏性是必要的。

本文研究調(diào)整新癸酸鈷、不溶性硫磺用量優(yōu)化全鋼載重子午線輪胎胎體配方。保證膠料與鋼絲的黏合等性能外，提高使用試驗配方生產(chǎn)的胎體簾布的成型黏性。并通過膠料表面黏性分析儀來驗證成型黏性。通過輪胎機床試驗及裝車路試的驗證試驗配方的性能可靠。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

天然橡膠 SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑，韓城黑貓?zhí)亢谟邢挢熑喂井a(chǎn)品；白炭黑，山西同德化工有限公司；新癸酸鈷，江陰市三良化工有限公司；不溶性硫磺cure，伊士曼化學有限公司，0.25+6+12×0.225鋼絲簾線，貝卡爾特（重慶）鋼簾線有限公司，其余產(chǎn)品市售。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：SMR20 100，炭黑56，新癸酸鈷 0.5，不溶性硫磺HDOT20 5，其他 17.8。

試驗配方： SMR0 100， 炭黑56，白炭黑6，新癸酸鈷1.0，不溶性硫磺HDOT20 4.5，其他17.8。

1.3 主要設備

XK-150 型開煉機，廣東省湛江機械廠產(chǎn)品；BB2 型密煉機、BB430 型密煉機，日本株式會社神戶制鋼所產(chǎn)品；F270 型密煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產(chǎn)品；XLB-D 型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司；載重輪胎耐久高速試驗機（TJR-2-TB(Y)），天津久榮車輪技術有限公司產(chǎn)品；TCS-2000 型電子拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品、MV2000 型門尼黏度儀和MDR2000 型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技公司產(chǎn)品；EPLEXOR500 動態(tài)熱機械分析儀（DMA），德國GABO 產(chǎn)品；膠料表面黏性分析儀，特拓（青島）輪胎技術有限公司產(chǎn)品。

1.4 試驗制備

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料混煉工藝分2 段進行，一段混煉工藝在BB2 型密煉機中進行，終煉混煉工藝在XK-150 型開煉機上進行。

一段混煉混煉工藝：天然膠、→壓砣（30 s）→炭黑、氧化鋅、防老劑，其他除硫磺/ 促進劑外小料→壓砣（30 s）→提砣（10 s）→壓砣（30 s）→壓砣→排膠（140 ℃或135 s）；終煉混煉工藝為：一段母膠→加不溶性硫磺、促進劑等→下片（混煉溫度低于100 ℃）。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料混煉工藝分3 段進行，一段和二段混煉在BB430 型密煉機中進行，終煉混煉在F270型密煉機中進行。

一段混煉工藝為：生膠、部分炭黑、氧化鋅、防老劑等化工材料（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速均為50 r.min-1）→壓砣（60 s）→排膠（160 ℃或155 s）；二段混煉工藝為：一段母膠、剩余炭黑、新癸酸鈷等化工材料（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速均為45 r.min-1）→壓砣（60 s）→排膠（140 ℃或155 s）；終煉混煉工藝為：二段母膠、不溶性硫磺、促進劑、黏合劑等（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速均為20 r.min-1）→排膠（105 ℃或110 s）。

1.5 性能測試

各項性能測試均按照相應的國家標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗

小配合實驗結(jié)果如表1 和表2 所示。

表1 小配合試驗膠料硫化特性

表2 小配合試驗硫化膠物理性能

從表1 和表2 可以看出，與生產(chǎn)配方的膠料相比，試驗配方的黏合力明顯優(yōu)于生產(chǎn)配方。試驗配方的300% 定伸應力、拉伸強度、扯斷伸長率、硬度等物理性能接近。試驗配方的老化性能及流變性能與生產(chǎn)配方相當。

2.2 大配合試驗

從表3 和表4 可以看出，車間試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果趨勢基本一致。與生產(chǎn)配方相比，試驗配方的門尼黏度高2～3 個值，t10延長1.57 min。這主要是試驗配方中白炭黑的凝膠效應導致門尼黏度升高；試驗配方的黏合力提升，主要原因是試驗配方增加新癸酸鈷的用量。

2.3 工藝性能

從工區(qū)使用情況來看，使用試驗配方的胎體大卷單面貼PE 墊布存放15 天后，裁斷為胎體大卷，停放3 天后使用。試驗配方黏性明顯優(yōu)于相同工藝條件下使用生產(chǎn)配方生產(chǎn)的胎體。

另外取使用生產(chǎn)配方和試驗配方的胎體大卷各3份樣品，每個樣品尺寸為300 mm×20 mm。分別停放3、7、15 天后進行滾球法黏性測試，測試結(jié)果如表5 所示。小球在胎體上滾動的距離約短，黏性越好。

表5 胎體大卷黏性數(shù)據(jù)

由表5 可以看出，停放3 天、7 天、15 天后使用試驗配方的胎體簾布工藝黏性比生產(chǎn)配方的胎體黏性分別提高14.9%、31.7%、45%。停放時間越長，試驗配方的黏性保持優(yōu)勢越明顯。主要原因可能是：

（1）白炭黑表面可與許多小分子有機物發(fā)生吸附作用，尤其是胺類小分子有機物。

（2）增加癸酸鈷有利于簾布表面黏性提升。

（3）減少不溶性硫磺用量，降低其析出的風險。

2.4 成品性能

采用試驗胎體配方生產(chǎn)12R22.5-18PR 全鋼載重子午線輪胎，按GB/T4501—2008 進行常規(guī)耐久性試驗。測試結(jié)果如表6 所示。

表6 12R22.5 輪胎耐久測試試驗結(jié)果

由表6 可以看出，使用試驗胎體配方制造的輪胎室內(nèi)耐久性能與生產(chǎn)胎體配方制造的輪胎性能相當。

3 結(jié)論

增加白炭黑和新癸酸鈷，同時減少不溶性硫磺用量，胎體配方的黏合力和物理機械性能基本保持不變，胎體簾布的工藝黏性明顯提升，通過室內(nèi)機床及實車試驗，試驗胎體配方滿足輪胎性能要求。