工程機(jī)械實(shí)心輪胎配方的開發(fā)

李元敬，章子瑜

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

在礦山、工地等復(fù)雜環(huán)境路況下，工程車輛使用的輪胎損壞情況以刺扎破損、崩花掉塊居多。在一些工作環(huán)境惡劣的情況下，普通工程機(jī)械輪胎會(huì)因刺扎、掉塊等原因造成輪胎胎體部分缺少膠層的保護(hù)，以致輪胎提前損壞，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生爆胎，從而引起安全事故。工程機(jī)械實(shí)心輪胎具有優(yōu)良的抗刺扎和耐磨性能，可以在惡劣環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作；同時(shí)無需充氣，在受刺扎后也不會(huì)爆胎，對(duì)車乘人員的安全更有保障。

工程車輛作業(yè)范圍相對(duì)較小，路況環(huán)境惡劣，通常情況下輪胎載荷較大。輪胎除前期損壞外，還會(huì)伴隨產(chǎn)生大量的壓縮疲勞生熱。在輪胎正常配方中添加炭黑用量20%～30%的白炭黑，可以提高膠料的抗撕裂和抗割口增長(zhǎng)性能，在使用白炭黑的同時(shí)添加偶聯(lián)劑Si69，利用其與白炭黑表面羥基的反應(yīng)可使白炭黑由親水性變?yōu)槭杷裕栽黾影滋亢谂c橡膠的相容性[1]。

為了適應(yīng)現(xiàn)有市場(chǎng)需要，我公司開發(fā)出工程機(jī)械實(shí)心輪胎系列產(chǎn)品，現(xiàn)將其配方設(shè)計(jì)開發(fā)情況簡(jiǎn)介如下。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石化巴陵分公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1500，中國(guó)石化蘭州石化分公司產(chǎn)品；炭黑N326和N660，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；白炭黑VN3，贏創(chuàng)德固賽（中國(guó)）投資有限公司產(chǎn)品；偶聯(lián)劑Si69，贏創(chuàng)嵐星（日照）化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；酚醛補(bǔ)強(qiáng)樹脂，牌號(hào)BQ-205，武漢徑河化工有限公司產(chǎn)品；抗撕裂樹脂，牌號(hào)SL-6903，華奇化工（中國(guó)）有限公司產(chǎn)品；抗硫化返原劑PK-900，美國(guó)富萊克斯公司產(chǎn)品。

1.2 配方

胎 面 膠：NR 80，SBR 10，BR 10，炭 黑N326 37，白炭黑 25，氧化鋅 5，硬脂酸 2，抗硫化返原劑 0.5，防老劑4020 2，防老劑RD 2，抗撕裂樹脂 2.5，硫黃/促進(jìn)劑/偶聯(lián)劑 5.62，其他 3.4。

中間膠：NR 65，BR 35，炭黑N660 48，白炭黑 15，氧化鋅 7，硬脂酸 2，防老劑4020 1.5，防老劑RD 2，硫黃/促進(jìn)劑/偶聯(lián)劑 4.7，其他 4.3。

基部膠：NR 70，SBR 30，炭黑N660 60，白炭黑 15，氧化鋅 10，硬脂酸 2，防老劑4020 1.5，防老劑RD 2，抗硫化返原劑 0.5，硫黃/促進(jìn)劑/偶聯(lián)劑 5.6，其他 7.7。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-250型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；GK305型低溫混煉聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線，軟控股份有限公司產(chǎn)品；F270型密煉機(jī)，美國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；MV-3000N型門尼粘度儀、R100E型密閉式無轉(zhuǎn)子硫化儀、GT-7014-A30型電加熱硫化機(jī)、GT-7001-H型電子式拉力機(jī)、GT-RH-2000型壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)、GT-7042RE型彈性試驗(yàn)機(jī)和GT-7012-A型橡膠阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗(yàn)

胎面膠采用兩段混煉工藝制備，一段混煉工藝為：生膠1.5 mm薄通包輥，割刀3次→調(diào)整輥距為2 mm，加抗撕裂樹脂等小料，割刀3次→加氧化鋅、硬脂酸，割刀2次→加防老劑、抗硫化返原劑，割刀3次→加炭黑，割刀2次→加散落在盛料盤中的炭黑，割刀3次→加偶聯(lián)劑，割刀2次→加白炭黑，割刀2次→加散落在盛料盤中的白炭黑，割刀2次→下片停放4 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑等薄通6次下片。

中間膠和基部膠的混煉工藝與胎面膠類同。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

胎面膠在GK305型低溫混煉聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)線上進(jìn)行混煉，工藝如下：生膠和小料（抗撕裂樹脂、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、抗硫化返原劑），轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，壓壓砣20 s→提壓砣→白炭黑、炭黑、偶聯(lián)劑→壓壓砣→135 ℃提壓砣→轉(zhuǎn)速調(diào)為25 r·min-1→壓壓砣→排膠（150 ℃），進(jìn)入0#機(jī)→2.5 min壓片成環(huán)→放膠轉(zhuǎn)入1#機(jī)加防焦劑預(yù)分散體2 min→放膠轉(zhuǎn)入2#機(jī)加硫黃預(yù)分散體2 min→放膠轉(zhuǎn)入3#機(jī)加促進(jìn)劑預(yù)分散體3 min→下片冷卻。

中間膠在F270型密煉機(jī)中采用兩段混煉工藝制備，一段混煉工藝為：轉(zhuǎn)速40 r·min-1，生膠加氧化鋅、硬脂酸、防老劑等小料，壓壓砣40 s→提壓 砣→加白炭黑、炭黑、偶聯(lián)劑，壓壓砣→120 ℃提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（145 ℃），停放8 h；二段混煉工藝為：轉(zhuǎn)速20 r·min-1，加一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑等→壓壓砣90 s→提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（105 ℃）。

基部膠在F270型密煉機(jī)中采用三段混煉工藝制備，一段混煉工藝為：生膠加氧化鋅、硬脂酸、防老劑等小料，壓壓砣40 s→提壓砣→加入2/3炭黑，壓壓砣→120 ℃提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（145 ℃），停放8 h；二段混煉工藝為：轉(zhuǎn)速20 r·min-1，一段混煉膠→壓壓砣50 s→提壓砣加入1/3炭黑、白炭黑、偶聯(lián)劑→壓壓砣→130 ℃提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（155 ℃）；三段混煉工藝為：二段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑等→壓壓砣90 s→提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（105 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)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

從表1可以看出，3種膠料的物理性能均滿足產(chǎn)品要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。在中間膠配方中增大了金屬氧化物含量，這一設(shè)計(jì)使膠料疲勞溫升時(shí)表面溫度與中部溫度差值更小，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品壽命。在膠料配方中使用偶聯(lián)劑Si69，硅烷分子一端的白炭黑與另一端的聚合物發(fā)生偶聯(lián)，最終產(chǎn)生較多的填充劑-聚合物鍵，從而提高膠料的定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度，改善耐磨性能[2]。使用炭黑N326替代傳統(tǒng)炭黑N220用于礦山輪胎胎面膠中，膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度增大，壓縮疲勞溫升降低；成品輪胎的耐久性能明顯提高，使用壽命延長(zhǎng)[3]。由上述可知，本配方性能滿足產(chǎn)品要求，可以進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)。

2.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 大配合試驗(yàn)結(jié)果

從表2可以看出，大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能與小配合試驗(yàn)?zāi)z料吻合。因大配合試驗(yàn)混煉工藝采用低溫混煉法，膠料的拉伸強(qiáng)度與小配合試驗(yàn)?zāi)z料非常接近，這表明低溫混煉法可以很好地保證高用量白炭黑配方膠料的混煉質(zhì)量，混煉膠的分散性也更好。

2.3 成品試驗(yàn)

以批量試驗(yàn)的12.00－20/8.0成品輪胎抽樣進(jìn)行物理性能測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

表3 成品輪胎的物理性能

從表3可以看出，成品輪胎胎面膠的硬度、拉伸性能和耐磨性能以及基部膠的硬度和拉伸強(qiáng)度均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，可以提高工程機(jī)械實(shí)心輪胎在惡劣環(huán)境下的使用壽命。

3 結(jié)語

我公司于2014年開始批量生產(chǎn)高性能12.00－20，11.00－20和10.00－20系列中小型工程機(jī)械實(shí)心輪胎。該系列產(chǎn)品具有良好的耐磨性能和優(yōu)異的抗崩花掉塊性能。由于在普通工程機(jī)械實(shí)心輪胎兩段混煉工藝基礎(chǔ)上增加了疲勞溫升較低、緩沖性能較好的中間膠，輪胎作業(yè)時(shí)整體溫度較普通工程機(jī)械實(shí)心輪胎更低，輪胎使用壽命更長(zhǎng)。

我公司目前已具有年產(chǎn)1 500條該系列產(chǎn)品的生產(chǎn)能力。該系列產(chǎn)品投放市場(chǎng)后反映良好，產(chǎn)品總體質(zhì)量水平有較大提高，客戶滿意度有所提高。與此同時(shí)，工程機(jī)械實(shí)心輪胎投放市場(chǎng)后，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。該項(xiàng)目投產(chǎn)以來每年可為公司創(chuàng)造銷售收入數(shù)千萬元，隨著市場(chǎng)的擴(kuò)展，經(jīng)濟(jì)效益將進(jìn)一步提升。