礦用自卸車斜交輪胎胎面基部膠配方優(yōu)化

劉勇偉，靳 政，申玉德

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

隨著能源需求與日俱增，礦藏開采規(guī)模逐漸增大，采礦設備不斷升級，大型礦用工程機械車輛應運而生。礦區(qū)用車由于工作環(huán)境較為惡劣，不僅坡度大、彎道多且作業(yè)負荷大、運距短、轉(zhuǎn)彎速度快，因此對輪胎性能要求高[1]。我公司自卸車輪胎胎面膠生熱高，胎體和胎面厚度大、花紋深、散熱性差，胎肩部位受高頻應力作用，熱量不斷積累，達到一定溫度后，致使膠料性能及橡膠-簾線間的粘合強度快速下降，導致輪胎肩空、脫層[2]。

胎面基部膠作為上層胎面和緩沖層的過渡部件，具有良好的強伸性能、耐熱性能，較低的生熱能夠有效降低輪胎熱量產(chǎn)生，減少基部膠與緩沖層之間脫空[3]。本工作以全天然橡膠體系、半有效硫化體系為基礎[4]，通過調(diào)整炭黑用量、炭黑與白炭黑并用比來降低輪胎胎面基部膠的生熱、提高膠料的拉伸強度和耐老化性能[5]。優(yōu)選后的胎面基部膠配方應用于礦用斜交自卸車輪胎，以期達到提高產(chǎn)品的耐久性能，減少輪胎在使用過程中出現(xiàn)肩空、脫層現(xiàn)象的目的。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR 20，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑N220，龍星化工股份有限公司產(chǎn)品；白炭黑，山東聯(lián)科白炭黑有限公司產(chǎn)品；偶聯(lián)劑TESPT，景德鎮(zhèn)宏柏化學科技有限公司產(chǎn)品；硫黃，偃師市寶隆化工有限公司產(chǎn)品；硫化劑DTDM，三門峽市邦威化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

配方如表1所示。

表1 配方 份

1.3 主要設備和儀器

Φ160 mm×320 mm型開煉機，廣東湛江機械廠產(chǎn)品；PN370型密煉機,意大利POMINI S.P.A公司產(chǎn)品；GK270型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產(chǎn)品；BR1.6 L密煉機，英國法雷爾公司產(chǎn)品；140 t平板硫化機，上海橡膠機械一廠產(chǎn)品；tensiTECH型電子拉力機，美國德寶公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀和MV2000型門尼粘度計，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；壓縮生熱試驗儀，德國DOLI公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

膠料采用2段混煉工藝。一段混煉在1.6 L密煉機中進行，混煉工藝為：生膠→加壓 min1 炭黑和小料→加壓 min2 提壓砣/加壓 min2 排膠；二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑等→薄通3次→搗膠2次→下片。

1.4.2 大配合試驗

膠料采用3段混煉工藝。一段混煉在PN370型密煉機中進行，混煉工藝為：生膠、炭黑和小料→轉(zhuǎn)速50 r·min-1，反復提壓砣 min2 排膠；二段混煉工藝為：一段混煉膠返煉，轉(zhuǎn)速40 r·min-1→反復提壓砣 .min15 排膠；三段混煉在GK270型密煉機中進行，混煉工藝為：二段混煉膠、硫黃和促進劑等→轉(zhuǎn)速20 r·min-1，反復提壓砣，混煉min2開煉機搗膠2次→下片。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應國家標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗

2.1.1 硫化特性

小配合試驗膠料的硫化特性結(jié)果如表2所示。

表2 混煉膠的門尼粘度與硫化特性

從表2可以看出，隨著炭黑用量的減小，膠料Fmax和抗硫化返原率減小，膠料的門尼粘度、門尼焦燒時間、硫化速度基本相當，在不添加偶聯(lián)劑的情況下，添加少量白炭黑對膠料Fmax影響不大。

與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的FL略小，抗硫化返原率增大，門尼粘度和門尼焦燒時間基本相當，硫化速度略快。

2.1.2 物理性能

小配合試驗硫化膠物理性能如表3所示。

表3 小配合試驗硫化膠物理性能

從表3可以看出：隨著炭黑用量的減小，硫化膠的300%定伸應力減小，壓縮生熱降低，回彈值升高，除3#試驗配方之外，硫化膠的拉伸強度基本相當，達到30 MPa左右；并用白炭黑使得硫化膠拉斷永久變形增大、壓縮生熱提高。老化后硫化膠的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度較老化前減小，300%定伸應力增大，邵爾A型硬度基本不變。

綜合考慮膠料生熱、拉伸強度和耐熱氧老化性能，選擇2#試驗配方進行大配合試驗，并進行成品性能驗證。

2.2 大配合試驗

2.2.1 硫化特性

大配合試驗混煉膠硫化特性結(jié)果如表4所示。

表4 混煉膠的門尼粘度與硫化特性

從表4可以看出，試驗配方膠料門尼粘度與生產(chǎn)配方基部膠相當，門尼焦燒時間延長，有利于加工安全性，硫化速度較生產(chǎn)配方基部膠略快，與小配合試驗結(jié)果一致，有利于改善硫化條件，降低胎面膠過硫程度。

2.2.2 物理性能

大配合試驗硫化膠物理性能結(jié)果如表5所示。

表5 大配合試驗硫化膠物理性能

從表5可以看出，試驗配方和生產(chǎn)配方硫化膠的大配合性能與小配合性能保持一致。老化前后試驗配方硫化膠拉伸強度的降低值相比生產(chǎn)配方基本相同，邵爾A型硬度、300%定伸應力、拉斷伸長率、撕裂強度的變化值小于生產(chǎn)配方的變化值，說明試驗配方硫化膠耐熱氧老化性能優(yōu)于生產(chǎn)配方硫化膠。

2.3 成品性能

采用試驗配方試制12.00-24 E-4試驗輪胎，按照企業(yè)標準進行耐久性試驗，試驗結(jié)果如表6所示。

從表6可以看出，試驗的12.00-24 E-4輪胎耐久水平較生產(chǎn)輪胎耐久性能提升21%。

表6 成品輪胎耐久性試驗結(jié)果

耐久試驗后輪胎斷面照片如圖1所示。

圖1 耐久試驗后輪胎斷面照片

從圖1可以看出，生產(chǎn)輪胎基部膠損壞，而試驗輪胎基部膠未損壞，緩沖層簾布端點脫層。后續(xù)又在14.00-25 E-3和18.00-25 E-4等規(guī)格上進行試制并進行耐久試驗，試驗輪胎耐久水平分別較生產(chǎn)輪胎提升7%和10%。

3 結(jié)論

在基部膠優(yōu)化過程中通過調(diào)整炭黑的用量、炭黑與白炭黑并用比，提高膠料的定伸應力、拉伸強度，降低生熱、改善耐老化性能，使基部膠與硫化后的掛膠簾布、胎面有較好的定伸匹配，進而減少輪胎在行駛過程中由于連續(xù)的變形產(chǎn)生的熱量積累，提高輪胎耐久性能。

最終選用37份炭黑N220、硫黃和硫化劑DTDM并用，使膠料拉伸強度達到30 MPa，抗硫化返原性能提升5%，固氏壓縮生熱降低2～3 ℃，成品輪胎耐久性能提升7%～20%。