改性叔丁基酚醛樹脂在半鋼子午線輪胎中的應(yīng)用

韋芃臣

(合肥市第七中學(xué),安徽 合肥 230031 )

1 問(wèn)題的提出

輪胎是汽車底盤構(gòu)成中最重要的安全件之一，對(duì)車輛的行駛安全至關(guān)重要，它們不僅承受著車載物的重量，還承擔(dān)與地面摩擦帶來(lái)的傷害，目前市面上的乘用車型的輪胎一般采用半鋼子午線輪胎，從其結(jié)構(gòu)看，半鋼子午線輪胎因?yàn)橛袖摻z帶束的作用，相比于斜交輪胎，其各個(gè)部件都有非常獨(dú)立的功能，在使用中其能夠承受的強(qiáng)度也較斜交種類的輪胎大，但因其使用的材料剛性強(qiáng)，導(dǎo)致半鋼子午線輪胎半成品的成型過(guò)程中材料變形較大，這使得胎坯肩部材料容易脫開和移動(dòng)，易出現(xiàn)胎肩脫空的現(xiàn)象。

從半鋼子午線輪胎結(jié)構(gòu)來(lái)看，肩部是輪胎結(jié)構(gòu)中斷面厚度最大的區(qū)域，在輪胎行駛過(guò)程中，胎肩部位與地面頻繁接觸并在行駛過(guò)程中發(fā)生形變，導(dǎo)致肩部生熱大，另輪胎的胎側(cè)比較軟，在過(guò)減速帶或者不平坦的路面時(shí)，減速帶或者路面和車體的擠壓會(huì)讓胎側(cè)承受巨大的壓力，因胎肩是胎面與胎側(cè)的過(guò)渡區(qū)域，導(dǎo)致胎側(cè)及胎肩部分變形大，為輪胎的肩空缺陷也埋下了隱患，是輪胎肩空產(chǎn)生的誘因。

輪胎肩空不僅影響美觀，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致輪胎胎面脫層甚至爆胎，極大地影響行車安全，所以在子午線輪胎肩部使用膠料粘合性非常重要，對(duì)此,我們可以嘗試在輪胎的生產(chǎn)過(guò)程中添加某些特定的鏈?zhǔn)轿镔|(zhì)，以解決此類問(wèn)題。

本文選用的輪胎橡膠為丁苯橡膠體系，含膠率為42%，使用墊膠的增粘樹脂有:石油樹脂(C5)，改性叔丁基酚醛樹脂(TKM-M)，烷基酚樹脂(TDN-341)，辛基酚醛樹脂(203)，在胎坯成型時(shí)加入此種體系物質(zhì)能夠增強(qiáng)胎肩的粘合性,以達(dá)到最佳增粘效果，使胎肩在下一步成型的時(shí)候保證其一體化。

2 解決輪胎肩空缺陷的化學(xué)方法

使用化學(xué)方法彌補(bǔ)半鋼子午胎肩空缺陷是一個(gè)可行且比較有效的方法。輪胎胎肩半成品在壓出后隨時(shí)間的變化出現(xiàn)胎肩的粘合性逐漸下降的情況，這使得輪胎在進(jìn)行成型的時(shí)候胎肩粘性變差，與鋼絲帶束層等部件不能緊密貼合，在現(xiàn)實(shí)中則可能出現(xiàn)胎側(cè)鼓包現(xiàn)象。設(shè)想在丁苯橡膠混煉初期加入不同的粘合性樹脂，以達(dá)到加固橡膠成型后的高強(qiáng)度和抗老化程度，因粘合性樹脂的粘合穩(wěn)定性，在使用中即使隨時(shí)間的變化，其強(qiáng)度和老化程度也不會(huì)發(fā)生太大的變化。

針對(duì)胎肩肩空的現(xiàn)象，我們選取了四種粘合性相對(duì)較好的樹脂，對(duì)比這四種樹脂在不同條件下(壓力，老化，溫度)，最適合用于加入丁苯膠體系的粘合樹脂以達(dá)到增強(qiáng)輪胎胎肩應(yīng)力和抗老化的能力。

在實(shí)驗(yàn)室條件下，不同的粘性樹脂在丁苯橡膠體系中在經(jīng)過(guò)應(yīng)力、老化等條件后，粘性樹脂剩余的粘性對(duì)比。此組實(shí)驗(yàn)測(cè)定橡膠混合物的固有性質(zhì)，在膠料生產(chǎn)時(shí)若不加樹脂，此種橡膠因時(shí)間和自身應(yīng)力等條件，自身的粘合性能會(huì)下降。

2.1 實(shí)驗(yàn)工具

密煉機(jī)，開煉機(jī)，門尼黏度計(jì)，拉力機(jī)，軟化點(diǎn)測(cè)定儀。

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

將石油樹脂(C5)，改性叔丁基酚醛樹脂(TKM-M)，烷基酚樹脂(TDN-341)，辛基酚醛樹脂(203)，空白對(duì)照(丁苯橡膠體系不加增粘樹脂)分別加入丁苯橡膠密煉體系，以密煉機(jī)混煉5個(gè)小時(shí)，并給每組產(chǎn)品標(biāo)號(hào)，待時(shí)間滿后將五組產(chǎn)品拿出，將五組對(duì)象分別用拉力機(jī)測(cè)試其拉到斷裂拉力強(qiáng)度并記錄數(shù)據(jù)。

取四組樹脂密煉體系，密煉后放置1天測(cè)定其黏度，將五組對(duì)象在室溫下分別放置2天和3天后再次測(cè)定其黏度。另取五組混煉后的實(shí)驗(yàn)對(duì)象，靜置1小時(shí)后用軟化點(diǎn)測(cè)定儀加熱，分別測(cè)定五組對(duì)象的軟化點(diǎn)。

2.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)以上使用的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)步驟，繪制出以下三幅相關(guān)圖表。

2.3.1 拉伸強(qiáng)度圖

定義不加任何樹脂的丁苯橡膠體系直至拉斷時(shí)的壓力為50個(gè)大氣壓(5.0MPa)，而加了不同樹脂的丁苯橡膠體系拉斷的壓力值分別如圖，從圖1中可以看出，拉斷混合體系的所使用的最大壓力，TDN-341樹脂-橡膠體系的壓力最大，其次為TKM-M樹脂-橡膠體系，兩體系的拉伸壓力差別不是很大，之后分別為C5樹脂-橡膠體系、203樹脂-橡膠體系。

圖1 拉伸強(qiáng)度圖

2．3．2 黏度值

樹脂-橡膠混合物在成型后，其黏度值會(huì)在時(shí)間的推動(dòng)下慢慢變化，四種混合物的黏度隨時(shí)間的變化都呈現(xiàn)降低的現(xiàn)象，但對(duì)比四種混合物的黏度變化，TKM-M樹脂-橡膠隨時(shí)間的變化前后的黏度值均高于其他幾種混合物，而高黏度的混合物有益于阻止胎肩肩空現(xiàn)象的形成，見(jiàn)圖2。

圖2 黏度值圖

2.3.3 軟化點(diǎn)

四種混合物的軟化點(diǎn)見(jiàn)圖3，其中TDN-341樹脂-橡膠體系的軟化點(diǎn)最高，接下來(lái)依次是TKM-M樹脂-橡膠體系、203樹脂-橡膠體系、C5樹脂-橡膠體系。

圖3 四種樹脂-橡膠體系的軟化點(diǎn)

此三種性能為樹脂-橡膠體系的固有特性，而黏度的大小對(duì)于輪胎胎肩肩空有非常直接的影響。

3 樹脂應(yīng)用的其它影響分析

3.1 經(jīng)濟(jì)性

生產(chǎn)商會(huì)考慮成本、質(zhì)量對(duì)產(chǎn)品市場(chǎng)的影響，使用更高效率的生產(chǎn)線能夠大幅提升材料的使用率，同時(shí)也可節(jié)省一部分材料成本。改性的叔丁基酚醛樹脂在價(jià)格方面較C5樹脂要稍貴，對(duì)比TDN-341牌號(hào)烷基酚樹脂與203辛基酚醛樹脂，其價(jià)格方面要便宜一些。在經(jīng)濟(jì)成本上，C5樹脂有絕對(duì)的使用優(yōu)勢(shì)，可以降低成本，增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。但是在自粘性方面，相比于TKM-M牌號(hào)的增粘樹脂， C5-橡膠體系的自粘性要差很多；而且在軟化點(diǎn)方面，C5樹脂也會(huì)較TKM-M低，也代表在輪胎的高溫適應(yīng)性會(huì)有所降低。雖然在經(jīng)濟(jì)方面節(jié)省了成本，但是在一些固有性質(zhì)上失去優(yōu)勢(shì)。

3.2 兼容性

半鋼子午線輪胎的制作工藝分為混煉，壓出壓延，裁斷，成型，硫化，檢查。此段工藝可以看出，樹脂在一開始的混煉階段就要加入，同時(shí)加入的還有促進(jìn)劑、活性劑、抗老化劑等活性劑，這些統(tǒng)稱為橡膠的配合體系。配合體系旨在補(bǔ)強(qiáng)橡膠的某些天然的不足，如硫化體系、補(bǔ)強(qiáng)填充、防護(hù)體系、軟化增塑等方面性能。加入混合體的樹脂要求不能與這些體系之間相互作用產(chǎn)生不良反應(yīng)或削弱各個(gè)體系的增強(qiáng)作用，但是可以增強(qiáng)橡膠的自粘性，提高橡膠體系在成型胎肩部位的應(yīng)力，避免胎側(cè)出現(xiàn)由車體自身壓力或外力作用出現(xiàn)的垮塌或鼓包。故樹脂需要經(jīng)過(guò)一些特別的處理，以求達(dá)到最佳兼容性，樹脂的作用為：

(1)和其它補(bǔ)強(qiáng)體系互無(wú)不良反應(yīng)；

(2)能夠增強(qiáng)丁苯橡膠主體的自粘性。

4 結(jié)論

就經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)，使用最便宜的C5樹脂可以節(jié)約成本，但會(huì)造成輪胎成品達(dá)不到很高的增粘效果，換句話說(shuō)，價(jià)格相對(duì)低廉的樹脂避免不了輪胎胎肩的肩空現(xiàn)象(對(duì)丁苯橡膠體系的輪胎)，使用價(jià)格相對(duì)高一點(diǎn)的TKM-M樹脂卻能夠避免肩空的現(xiàn)象(其樹脂增粘性為四種當(dāng)中最大)，雖然成本有所增加，但是分?jǐn)偟矫總€(gè)產(chǎn)品售價(jià)上，增加的不是很多，可見(jiàn)選擇TKM-M較優(yōu)。

無(wú)論選擇哪一種樹脂，其中都需要加入額外的助劑來(lái)使其穩(wěn)定的發(fā)揮增粘作用，TKM-M樹脂體系與橡膠體系的混煉在結(jié)構(gòu)上能做到增強(qiáng)橡膠自粘性的目的，同時(shí)也可以和系統(tǒng)中奇特成分保持互不作用。從自身的拉伸壓力、自粘性、軟化點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性，兼容性來(lái)看，對(duì)于半鋼子午胎的丁苯橡膠體系來(lái)說(shuō)，TKM-M樹脂是最好的選擇。

指導(dǎo)教師：楊磊

[1] 謝慧生，楊艷平，劉豫皖，等.增粘樹脂TKM-M在全鋼載重子午線輪胎側(cè)膠中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè)，2008,28 (5) :278-281.

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[4] 黃舸舸.半鋼子午線輪胎生產(chǎn)中幾個(gè)質(zhì)量問(wèn)題及解決措施[J].輪胎工業(yè)，1999,19(3):170-172.