多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)跑氣保用輪胎支撐膠性能的影響

周榮杰，王志遠(yuǎn)，曹 暉，陳義中，楊曉光

（萬力輪胎股份有限公司，廣東 廣州 511400）

跑氣保用輪胎作為一種側(cè)重安全性能的輪胎，在意外爆胎或零氣壓的情況下仍能以80 km·h-1的速度安全行駛一段距離，目前已得到廣泛應(yīng)用，特別是在一些高端汽車以及軍用汽車領(lǐng)域[1]。

支撐膠在跑氣保用輪胎中起著至關(guān)重要的作用。目前跑氣保用輪胎支撐膠普遍存在上下模硬度差異較大的問題，這主要是因?yàn)楫?dāng)前輪胎硫化工藝導(dǎo)致輪胎上下模存在溫差，上模溫度比下模高5～10 ℃；輪胎采用高溫硫化，上下模支撐膠均出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象。上下模的溫差導(dǎo)致支撐膠的硫化返原程度不同，繼而造成上下模膠料硬度差異問題。目前的硫化工藝還無法完全解決上下模溫差問題。

本工作研究多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)跑氣保用輪胎支撐膠性能的影響，以期解決支撐膠上下模膠料硬度差異較大的問題。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石油化工股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N660，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；多功能交聯(lián)劑WY988，上海麒祥化工科技有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

1#配方（原配方）：NR 60，BR 40，炭黑N660 60，其他 21。

2#配方（優(yōu)化配方）：在1#配方的基礎(chǔ)上加入1份多功能交聯(lián)劑WY988。

1.3 主要設(shè)備和儀器

LRMR-S-150/W型開煉機(jī)，泰國(guó)Labtech公司產(chǎn)品；BB430型密煉機(jī)，日本神鋼集團(tuán)產(chǎn)品；F370型密煉機(jī)，美國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；LP3000-600KN型平板硫化機(jī)，德國(guó)Montech公司產(chǎn)品；LX-A型邵爾橡膠硬度計(jì)，上海六菱儀器廠產(chǎn)品；AG-X Plus 5kN型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，島津（香港）有限公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

膠料采用4段混煉工藝，一段混煉在BB430型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0～60 r·min-1，依次加入生膠、小料和炭黑，排膠溫度為160 ℃；二段和三段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，排膠溫度為160 ℃；終煉在F370型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為0～20 r·min-1，依次加入三段混煉膠、多功能交聯(lián)劑WY988、硫黃和促進(jìn)劑，排膠溫度為110 ℃，最后在開煉機(jī)上出片停放。

1.5 性能測(cè)試

（1）硫化特性。采用RPA2000橡膠加工分析儀測(cè)試膠料的硫化特性，測(cè)試溫度為150 ℃。

硫化返原率（R）的計(jì)算公式[2]如下：

式中，F(xiàn)t為硫化結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)矩，dN·m。

（2）物理性能。硬度按GB/T 531.1—2008測(cè)試；拉伸性能按GB/T 528—2009測(cè)試，拉伸速率為500 mm·min-1；撕裂強(qiáng)度按GB/T 529—2008測(cè)試；耐屈撓性能按GB/T 13934—2006測(cè)試。

（3）動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。采用RPA2000橡膠加工分析儀進(jìn)行溫度掃描，測(cè)試條件為：溫度范圍60～110 ℃，頻率 10 Hz，應(yīng)變 0.5°。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)膠料硫化特性的影響如表1所示。

表1 多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)膠料硫化特性的影響

從表1可以看出：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的起硫速度快，但t90相當(dāng)；Fmax－FL增大，這是由于多功能交聯(lián)劑WY988含有硫原子，硫化過程中參與了膠料的硫化反應(yīng)，導(dǎo)致膠料的交聯(lián)密度增大。

為了驗(yàn)證優(yōu)化配方能否解決輪胎支撐膠上下模膠料硬度差異問題，利用RPA2000橡膠加工分析儀模擬輪胎變溫硫化試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)硫化過程溫度如圖1所示。試驗(yàn)硫化溫度采用實(shí)際輪胎硫化測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)。

從圖1可以看出，輪胎硫化時(shí)上下模的溫度存在差異，最大溫差可達(dá)20 ℃。采用輪胎實(shí)際硫化測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)對(duì)優(yōu)化前后的配方進(jìn)行模擬硫化試驗(yàn)，結(jié)果如圖2和3所示。

圖1 模擬輪胎硫化測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)

圖2 支撐膠上下模膠料的硫化曲線

圖3 支撐膠上下模膠料的硫化返原率

從圖2和3可以看出，在模擬輪胎實(shí)際硫化過程中，1#和2#配方膠料均不可避免地出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象。硫化時(shí)間約為16 min時(shí)開始出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象，至硫化結(jié)束時(shí)，1#配方上模和下模膠料的硫化返原率分別為10%和2%，2#配方上模和下模膠料的硫化返原率分別為3.8%和0，2#配方膠料的抗硫化返原性能明顯提高。

2.2 物理性能

多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)硫化膠物理性能的影響如表2所示。

表2 多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)硫化膠物理性能的影響

從表2可以看出，與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠的硬度和100%定伸應(yīng)力增大，撕裂強(qiáng)度和耐屈撓性能相同，這是由于膠料的交聯(lián)密度增大所致。對(duì)比不同硫化溫度下的硫化膠硬度可知，優(yōu)化配方膠料在高溫下的硬度差異較小。

2.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)膠料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響如圖4—6所示，其中G′為儲(chǔ)能模量，G″為損耗模量，tanδ為損耗因子。

從圖4可以看出，由于硫化返原現(xiàn)象，1#配方上模膠料的G′比下模膠料減小約27%，2#配方上模膠料的G′比下模膠料僅減小7%，上下模膠料的G′之差明顯減小。

圖4 膠料的G′-溫度曲線

從圖5可以看出，由于上模膠料硫化返原率較大，導(dǎo)致交聯(lián)密度明顯減小，因此G″較小。

圖5 膠料的G″-溫度曲線

從圖6可以看出，隨著溫度的升高，膠料的tanδ呈減小趨勢(shì)。2#配方膠料的tanδ比1#配方膠料減小，說明2#配方膠料的生熱較低。而2#配方上模膠料60 ℃時(shí)的tanδ比1#配方上模膠料增大，這是由于上模硫化返原膠料的G′較小，而此時(shí)膠料的G″相差不大，因此導(dǎo)致上模膠料的tanδ較大。

圖6 膠料的tan δ-溫度曲線

2.4 成品性能

取成品輪胎切斷面，分別測(cè)試輪胎上模和下模支撐膠的硬度，結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出，與1#配方支撐膠相比，2#配方上下模支撐膠的硬度之差明顯減小。

表3 成品輪胎斷面上下模支撐膠的硬度 度

采用優(yōu)化前后的配方試制225/55ZR17跑氣保用輪胎，并進(jìn)行零氣壓里程試驗(yàn)。1#和2#配方支撐膠輪胎的累計(jì)行駛里程分別為65和74 km，優(yōu)化配方輪胎的耐久性能提高。

3 結(jié)論

在跑氣保用輪胎支撐膠配方中加入多功能交聯(lián)劑WY988，膠料的抗硫化返原性能明顯提高，硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力增大，耐屈撓性能不變，tanδ減小，上下模支撐膠的硬度之差減小，成品輪胎的耐久性能提高。