工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠的配方優(yōu)化

梁孟珠，郭明明，劉慧仙，袁兵陽(yáng)，李中浩，侯君霞

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

工程機(jī)械輪胎主要用于井下、礦山等惡劣路面環(huán)境下使用的鏟運(yùn)車和自卸車[1]。由于路面條件苛刻、車輛負(fù)荷量大和連續(xù)作業(yè)等，要求工程機(jī)械輪胎胎面具有良好的耐熱、耐疲勞、耐老化、抗切割和抗崩花掉塊性能[2-4]。

露天采礦環(huán)境溫度相對(duì)較高、日照時(shí)間較長(zhǎng)，工程機(jī)械子午線輪胎長(zhǎng)期使用會(huì)造成胎面生熱過(guò)大和老化變硬等問(wèn)題，出現(xiàn)胎冠鼓包、切割損傷等現(xiàn)象。我國(guó)工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠主體材料主要采用天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR）并用膠，炭黑主要采用炭黑N220和N234[2]。

本工作對(duì)普通工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠配方進(jìn)行優(yōu)化，為提高工程機(jī)械子午線輪胎的性能提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；SBR1500，中國(guó)石油化工股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N234和N330，龍星化工股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N115，卡博特（中國(guó)）投資有限公司產(chǎn)品。

1.2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料配方

小配合試驗(yàn)配方見(jiàn)表1。試驗(yàn)配方用炭黑N115和N330等量替代生產(chǎn)配方的炭黑N234，并對(duì)其他配合劑進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

Φ160 mm×320 mm開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；1.57 L本伯里密煉機(jī)，英國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；GK400N和GK255N型密煉機(jī)，德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品；140 t平板硫化機(jī)，上海橡膠機(jī)械一廠有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀和MV2000型門尼粘度計(jì)，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；Tensitech型拉力機(jī)，美國(guó)德寶公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分兩段進(jìn)行。一段混煉在1.57 L本伯里密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→提壓砣→炭黑和小料→提壓砣→壓壓砣→排膠。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→混煉均勻→下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料混煉分4段進(jìn)行，一至三段混煉均在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠→提壓砣→部分炭黑、白炭黑和小料→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度為145～155 ℃）。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→剩余炭黑→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度為145～155 ℃）。三段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度為145～155 ℃）。四段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1，混煉工藝為：三段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度為100～110 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

膠料性能按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 炭黑N115和N330的理化性質(zhì)

炭黑N115和N330的理化性質(zhì)見(jiàn)表2。

從表2可以看出，炭黑N115和N330的理化性質(zhì)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 炭黑N115和N330的理化性質(zhì)

2.2 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料性能見(jiàn)表3。

從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度較低，有利于胎面擠出；門尼焦燒時(shí)間縮短，但降幅不大；FL和Fmax降低，但相差不大；t10和t90略有縮短，但仍具有很好的加工安全性能；硬度和300%定伸應(yīng)力略有降低，拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度、耐屈撓性能和耐熱老化性能明顯提高，壓縮疲勞溫升明顯降低，切割量減小，阿克隆磨耗量增大。

表3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料性能

拉斷伸長(zhǎng)率提高有利于改善工程機(jī)械輪胎的抗崩花掉塊和抗撕裂性能[3]，壓縮疲勞溫升降低不僅有利于工藝操作，對(duì)延長(zhǎng)輪胎使用壽命也有益處。

2.3 大配合試驗(yàn)

根據(jù)小配合試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)試驗(yàn)配方進(jìn)行微調(diào)（加入0.5份防焦劑CTP以延長(zhǎng)焦燒時(shí)間）后進(jìn)行大配合試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4可以看出：與小配合試驗(yàn)?zāi)z料相比，大配合試驗(yàn)?zāi)z料的門尼焦燒時(shí)間、t10和t90均較長(zhǎng)，這是因?yàn)榇笈浜显囼?yàn)?zāi)z料添加了防焦劑CTP；大配合試驗(yàn)?zāi)z料與小配合試驗(yàn)?zāi)z料其他性能基本相當(dāng)。

表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料性能

總的來(lái)看，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的生熱較低，抗撕裂、抗切割、耐屈撓和耐熱老化性能較好，但耐磨性能略有降低。由于工程機(jī)械輪胎使用條件苛刻，損壞形式較多，且行駛速度較低，因此胎面耐磨性能并不是衡量其性能的關(guān)鍵指標(biāo)。

2.4 經(jīng)濟(jì)效益

炭黑N234的價(jià)格低于炭黑N115，高于炭黑N330，用炭黑N115和N330等量替代炭黑N234，胎面膠成本降低了約0.2元·kg-1。

2.5 成品性能

用試驗(yàn)配方膠料試制6條14.00R25工程機(jī)械子午線輪胎，在蒙古某采石場(chǎng)裝配于寬體礦用自卸車上，并與生產(chǎn)輪胎進(jìn)行實(shí)際使用對(duì)比試驗(yàn)。輪胎原始花紋深度為26 mm，充氣壓力為1 300～1 400 kPa，行駛速度為30 km·h-1。

使用數(shù)月后，生產(chǎn)輪胎胎面的剩余花紋深度為19.0 mm，胎面割口較多，肩部有掉塊[見(jiàn)圖1（a）]；試驗(yàn)輪胎剩余花紋深度為23.5 mm，胎面割口明顯減少，肩部沒(méi)有掉塊[見(jiàn)圖1（b）]，輪胎使用壽命明顯延長(zhǎng)。

圖1 生產(chǎn)輪胎和試驗(yàn)輪胎胎面

3 結(jié)論

在工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠配方中用炭黑N115和N330等量替代炭黑N234，并添加少量防焦劑CTP，可以降低胎面膠生熱，提高抗撕裂、抗切割、耐屈撓和耐熱老化性能，從而延長(zhǎng)輪胎使用壽命，并降低生產(chǎn)成本。