天然膠種類對胎面配方性能影響的研究

李萬嶺 張偉 褚風(fēng)民

天然膠種類對胎面配方性能影響的研究

李萬嶺 張偉 褚風(fēng)民

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津，300384）

研究了不同種類的天然橡膠對于胎面配方各項(xiàng)性能的影響，結(jié)果表明，各類不同種類的天然膠在不同性能上各有長短，選擇天然膠的種類需要綜合考慮胎面配方的性能側(cè)重點(diǎn)。

天然膠；胎面配方

天然橡膠是輪胎配方中最常用的一種橡膠，但因各個(gè)產(chǎn)地之間的氣候差異，不同地域割膠習(xí)慣各異以及各個(gè)工廠加工工藝的不同，導(dǎo)致天然橡膠之間存在明顯的性能差異[1]，本文研究了輪胎行業(yè)常用的幾種天然橡膠，通過對比各項(xiàng)性能之間的差異，總結(jié)各類天然橡膠的性能優(yōu)缺點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

泰國20#標(biāo)膠STR20，泰國產(chǎn)品；馬來西亞20#標(biāo)膠SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；泰國3#煙片RSS3，泰國產(chǎn)品；國產(chǎn)5#標(biāo)膠TSR5、國產(chǎn)10#標(biāo)膠TSR9710、國產(chǎn)全乳標(biāo)膠SCRWF，云南農(nóng)墾產(chǎn)品；炭黑N234，卡博特有限公司；其他均為市售品。

表1 試驗(yàn)配方表

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1.2 配方

配方剩余部分為：防老劑3.5份，硫化劑8.25份，增粘劑0.5份。

1.3 主要儀器和設(shè)備

XK-160開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；實(shí)驗(yàn)用1.5L密煉機(jī)，廣州華工百川自控科技有限公司產(chǎn)品；XQLB-380×350型平板硫化機(jī)，青島橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀、MV2000E型門尼粘度儀、RPA2000型橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；6800型電子拉力機(jī)，美國Instron公司產(chǎn)品；GABOMETER2000型壓縮生熱儀，德國GABO公司產(chǎn)品；LAT100型磨耗試驗(yàn)機(jī)，荷蘭VMI公司產(chǎn)品。

1.3 試樣制備

采用兩段工藝：

一段在實(shí)驗(yàn)用1.5L密煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：初始轉(zhuǎn)速50rpm，先將NR、炭黑、防老劑加入，混煉30秒，加剩余小料，壓上頂栓，混煉50秒，提上頂栓翻膠，壓上頂栓至160℃排膠；一段混煉完成后，停放24小時(shí)。

二段在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：母膠上輥預(yù)熱，待母膠預(yù)熱完全，將輥距調(diào)整至5～7毫米，均勻加入硫化劑、促進(jìn)劑等剩余藥粉，待藥粉完全吃凈，將輥距調(diào)整至1毫米，打三個(gè)三角包，然后調(diào)節(jié)輥距至合適厚度，將混煉膠出片。

混煉完成后，樣品在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下停放24h，然后根據(jù)測試要求進(jìn)行試樣制備和硫化，硫化好的樣品在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下停放24h后方可進(jìn)行測試。

國標(biāo)外的測試至少需要測試3個(gè)樣品，保證各個(gè)測試數(shù)據(jù)之間的相對誤差在15%以內(nèi)，否則需要加測樣品。

1.4 性能測試

對各個(gè)配方進(jìn)行測試的項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)如下：

a、拉伸測試：GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》；

b、撕裂測試GB/T 529-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強(qiáng)度的測定（褲形、直角形和新月形試樣）》；

c、硬度測試：GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗(yàn)方法第1部分：邵氏硬度計(jì)法（邵爾硬度）》；

d、密度測試：GB/T 533-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠密度的測定》；

e、門尼粘度測試：GB/T 1232.1-2000《未硫化橡膠圓盤剪切粘度測定-門尼粘度的測定》；

f、回彈測試：GB/T 1681-2009《硫化橡膠回彈性的測定》；

g、熱老化測試：GB-T 3512-2001《硫化橡膠或熱塑性橡膠熱空氣加速老化和耐熱試驗(yàn)》；

h、壓縮生熱測試：GB-T 1687-1993《硫化橡膠在曲撓試驗(yàn)中溫升和耐疲勞性能的測定第2部分：壓縮屈撓試驗(yàn)》；

i、流變性能測試：GB/T33095.1-2006《未硫化橡膠用動態(tài)無轉(zhuǎn)子流變儀測定流變性能第一部分：頻率掃描法》；

j、tanδ值（60℃）測試：使用RPA，測定在頻率10Hz，應(yīng)變5arc，溫度60℃時(shí)tanδ值；

k、VMI磨耗（7°）測試：使用LAT100型磨耗試驗(yàn)機(jī)，將硫化好的樣品在速度70km/h，壓力50N，偏轉(zhuǎn)角度7°的條件下，先預(yù)磨1km，取下試樣測定重量m1，然后在上述條件下磨10km，取下試樣測定重量m2，由前可以測得試樣的密度為ρ，根據(jù)公式：

2 結(jié)果與討論

2.1 流變性能

混煉膠的流變性能測試結(jié)果如表1-1～1-3所示。其中門尼焦燒時(shí)間的測試溫度為125℃，流變儀的測試條件為150℃×60min。

表1-1 門尼測試結(jié)果

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 門尼黏度74.575.475.181.675.779.8

表1-2 門尼焦燒時(shí)間測試結(jié)果

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF t521.220.022.421.721.525.0 t3524.022.724.924.224.027.8

表1-3 流變儀測試結(jié)果

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF ML4.404.394.534.834.624.52 MH26.8029.9627.3327.6930.1130.34 t104.614.514.714.504.695.28 t305.515.435.525.255.506.17 t706.806.716.626.416.727.47 t9012.8212.7312.6412.4312.7413.49

從表1-1～表1-3中測試結(jié)果可知，除SCRWF配方外，其余各配方的流變性能差距不大，這說明各類天然橡膠對混煉膠流變性能的影響不大，但國產(chǎn)全乳標(biāo)膠存在延遲硫化的現(xiàn)象。

2.2 力學(xué)性能

根據(jù)表1-3的測試結(jié)果，制定正硫化條件為150℃×20min，過硫化條件為150℃×60min，并進(jìn)行100℃×48h的烘箱熱氧老化測試，測試結(jié)果分別見表2-1～2-4。

表2-1 正硫化條件下的力學(xué)性能

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 邵氏A硬度/°656566666467 100%定伸應(yīng)力/MPa3.193.13.082.983.133.22 300%定伸應(yīng)力/MPa16.3615.5115.4214.8316.0516.52 拉伸強(qiáng)度/MPa29.9529.5529.3928.3729.4529.7 拉斷伸長率/%484500512492455492 拉斷永久變形%181818181418 撕裂強(qiáng)度/kN/m1241119810910099

表2-2 正硫化條件下老化后力學(xué)性能

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 邵氏A硬度/°686869696870 100%定伸應(yīng)力/MPa3.993.913.984.324.24.53 300%定伸應(yīng)力/MPa18.1417.4817.6219.4819.1119.46 拉伸強(qiáng)度/MPa29.0528.2927.8627.8527.6925.96 拉斷伸長率/%464472452422418394 拉斷永久變形%161618181616 撕裂強(qiáng)度/ kN/m687293677276

表2-3 過硫化條件下的力學(xué)性能

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 邵氏A硬度/°636365656467 100%定伸應(yīng)力/MPa32.73.12.92.93.1 300%定伸應(yīng)力/MPa15.7115.051515.5615.7815.6 拉伸強(qiáng)度/MPa28.5228.5427.6928.3630.4527.96 拉斷伸長率/%480492488482492476 拉斷永久變形%121416141616 撕裂強(qiáng)度/ kN/m1011201041056871

表2-4 過硫化條件下老化后的力學(xué)性能

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 邵氏A硬度/°656667676668 100%定伸應(yīng)力/MPa3.233.273.713.733.544.04 300%定伸應(yīng)力/MPa16.115.716.6416.8317.0917.81 拉伸強(qiáng)度/MPa25.5326.2725.7924.3825.2926.41 拉斷伸長率/%439460448403428432 拉斷永久變形%141416141414 撕裂強(qiáng)度/ kN/m635864555666

分析表2-1～表2-4中的測試數(shù)據(jù)，總體上講，各類天然膠的抗硫化返原能力基本持平，國產(chǎn)天然膠的硬度高、300%定伸模量高，但強(qiáng)度低、抗撕裂性能差，抗硫化返原性能差，耐熱老化性能稍劣；進(jìn)口20#標(biāo)膠的優(yōu)點(diǎn)是具有更優(yōu)異的抗撕裂能力、抗硫化返原能力和耐熱老化能力；進(jìn)口3#煙片膠的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度最高，缺點(diǎn)是過硫后抗撕裂性能急劇下降。

2.3 耐疲勞性能

硫化條件和老化條件同2.2，分別測試正硫化、過硫化以及在老化后的耐疲勞性能，相關(guān)測試結(jié)果如圖3-1～3-4所示。

圖3-1 正硫化條件下裂口增長情況

圖3-2 正硫化條件下老化后裂口增強(qiáng)情況

圖3-4 過硫化條件下裂口增長情況

圖3-5 過硫化條件下老化后裂口增長情況

分析表3-1～表3-4中的測試數(shù)據(jù)，可以看出，過硫和老化均會降低天然膠的耐裂口增能力，并且老化的劣化程度更深；橫向?qū)Ρ瓤梢钥闯觯瑖a(chǎn)天然橡膠的耐裂口增長能力比進(jìn)口天然膠更差；其中以國產(chǎn)5#標(biāo)膠的該項(xiàng)性能最差。

2.4 硫化膠的動態(tài)性能

分別測試各個(gè)配方在150℃×20min正硫化條件下的壓縮生熱及滯后損失（tanδ），相關(guān)測試結(jié)果見表4-1、4-2。

表4-1 硫化膠的壓縮生熱

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 壓縮生熱/℃32.533.134.135.431.333.9

表4-2 硫化膠的滯后損失（tanδ）

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 60℃0.08870.09870.09780.09910.08610.1013 80℃0.08370.09270.09770.10190.08250.0981

由表4-1、表4-2的測試結(jié)果可以看出，不同種類的天然膠在滯后性能上的差距比較明顯，其中國產(chǎn)天然膠的壓縮生熱和滯后損失要明顯高于進(jìn)口天然膠，其中以國產(chǎn)5#標(biāo)膠TSR5的滯后損失最高，國產(chǎn)全乳標(biāo)膠SCRWF作為國產(chǎn)膠中滯后損失最低的膠種，或能與進(jìn)口天然膠相持平；泰國20#標(biāo)膠STR20的滯后損失要低于馬來西亞的20#標(biāo)膠SMR20；同時(shí)該項(xiàng)測試也表明進(jìn)口3#煙片膠RSS3的動態(tài)性能要明顯優(yōu)于各類顆粒型標(biāo)準(zhǔn)膠。

2.5 硫化膠的耐磨性

硫化條件和老化條件同前，分別測試正硫化、過硫化以及在老化后的耐磨性能，測試結(jié)果如表5-1～5-2所示。

表5-1 正硫化條件下硫化膠的磨耗

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 老化前0.0640.0660.0570.0710.0450.049 老化后0.2710.2890.2450.2820.2290.278

表5-2 過硫化條件下硫化膠的磨耗

項(xiàng)目試驗(yàn)配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 老化前0.0680.0690.0580.0890.0590.08 老化后0.2830.3220.2650.2760.2570.345

由上述兩表中的測試結(jié)果可知，進(jìn)口3#煙片RSS3的耐磨性能最佳；泰國20#標(biāo)膠STR20稍優(yōu)于馬來西亞20#標(biāo)膠SMR20；國產(chǎn)10#標(biāo)膠TSR9710的耐磨性能要優(yōu)于進(jìn)口的20#標(biāo)膠；而國產(chǎn)全乳標(biāo)膠SCRWF在雖然在正硫化條件下的耐磨性能優(yōu)于進(jìn)口20#標(biāo)膠，但其在過硫化后的耐磨性能迅速加下降；國產(chǎn)5#標(biāo)膠TSR5的耐磨性最差，遠(yuǎn)不及同期的其余各類參比膠。

3 總結(jié)

a、進(jìn)口3#煙片膠RSS3的各項(xiàng)性能最優(yōu)。

b、泰國20#標(biāo)膠STR20在綜合性能上要優(yōu)于馬來西亞20#標(biāo)膠SMR20。

c、國產(chǎn)天然膠總體的特點(diǎn)是高門尼、高硬度、高定伸模量、高生熱、低強(qiáng)度、耐裂口增長能力差。

d、國產(chǎn)5#天然膠TSR5的動態(tài)性能和耐磨性能最差。

e、國產(chǎn)全乳標(biāo)膠SCRWF的耐硫化返原性能最差。

f、國產(chǎn)10#標(biāo)膠TSR9710沒有特別明顯的缺點(diǎn)，各項(xiàng)性能之間的平衡性較好。

[1]Abdul Aziz S.A. Kadir.Advances in Natural Rubber Production[J].Rubber Chemistry and Technology,1994:67(3):537-548。

2021總目錄

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摘要

關(guān)鍵詞

材料·配合

碳纖維對氯丁膠性能的影響…………………………………………張國寧高世陽（第1期01）

一種雙組份水性聚氨酯黏合劑制備及其性能研究…………………袁建安吳力佳（第1期08）

12 項(xiàng)涉及化工領(lǐng)域行業(yè)修訂標(biāo)準(zhǔn)公示…………………………………………陳靜（第1期14）

丁腈橡膠/尼龍骨架材料粘合性能研究……………………………………………………………………………………………原曉城李文博姬燕飛張國寧王紅梅鄭玥梁慶（第2期01）

新型無機(jī)硅填料在礦用巨型工程機(jī)械輪胎基部膠中的應(yīng)用………………李萬嶺（第2期05）

涉水振動、噪聲控制橡膠（上）……………………………………………侯永振（第2期09）

氣盾式橡膠壩氣囊的設(shè)計(jì)…………………………姬燕飛 王紅梅 原曉城 張國寧（第2期19）

橡膠阻尼減震機(jī)理……………………………………………………………陳愛志（第3期01）

HTPB型聚氨酯橡膠與金屬粘接研究……………………袁建安 苗志軍 吳力佳（第3期06）

氯丁橡膠電絕緣性能與物理機(jī)械性能的影響因素研究…………………………………………………………………………………………………………吳力佳 苗志軍 袁建安（第3期12）

涉水振動、噪聲控制橡膠（下）……………………………………………侯永振（第3期17）

特種水下動力電源用防腐內(nèi)襯設(shè)計(jì)…………………………李渠 于海劍 閻中超（第4期01）

模壓法和卷蒸法制備膠布制品對比研究…………原曉城 姬燕飛 馬義明 張景亮（第4期07）

通過嚴(yán)格工程輪胎管理合理延長使用壽命…………………………呂德興 黃書達(dá)（第4期14）

高性能水性阻尼涂料研究進(jìn)展（上）………………………………………苗志軍（第4期19）

耐油耐熱老化膠布配方膠料的制備………………馬義明 姬燕飛 原曉城 王紅梅（第4期23）

高能量密度燃料與橡膠材料相容性研究…………陳妮妮 張永久 史成香 鄒吉軍（第5期01）

廢紙漿和廢膠粉復(fù)合材料相容性研究……………………張國寧 姬燕飛 原曉城（第5期18）

氯丁橡膠/碳纖維復(fù)合材料相容性的研究………姬燕飛 張國寧 原曉城 王紅梅（第5期26）

橡膠材料耐低溫性能測試方法對比…………………………………高世陽 王紅梅（第6期01）

一種PET纖維無紡布復(fù)合水性丙烯酸酯彈性體隔膜技術(shù)研究……………………………………………………………………………………………………高光磊 趙同 蘭正法（第6期07）

高性能水性阻尼涂料研究進(jìn)展（下）………………………………………苗志軍（第6期14）

某型精密設(shè)備包裝箱橡膠密封條的改進(jìn)研究…………………………………賀漫（第6期19）

大型耐寒農(nóng)業(yè)輪胎的胎面配方設(shè)計(jì)…………………………張偉 李萬嶺 褚風(fēng)民（第6期24）

天然膠種類對胎面配方性能影響的研究……………………李萬嶺 張偉 褚風(fēng)民（第6期29）

工藝·綜述

高分子材料在軍事抗彈領(lǐng)域的應(yīng)用………………姬燕飛 王紅梅 原曉城 張國寧（第1期29）

橡塑設(shè)備管理與改進(jìn)……………………………………………李學(xué)東 李昂 王偉（第2期28）

硫化橡膠粉基熱塑性彈性體的加工應(yīng)用……………………………………劉玉強(qiáng)（第3期27）

電氣設(shè)備自動化中的PLC控制…………………………………………………張建（第3期29）

自動化儀表在橡膠工業(yè)及制造業(yè)中的應(yīng)用……………………………………張建（第4期29）

聚氨酯水聲吸聲材料的發(fā)展及應(yīng)用…………………………………………張林芳（第5期31）

外文連載

用于水下電子聲學(xué)換能器技術(shù)透聲材料的橡膠配件的研究及其老化特性（二十五）………………………………………………………………………………孫新 編譯(第1期34)

氣墊船動力學(xué)ACVSIM模型的初步驗(yàn)證（一）……………………………孫新 編譯（第2期32）

氣墊船動力學(xué)ACVSIM模型的初步驗(yàn)證（二）……………………………孫新 編譯（第3期33）

氣墊船動力學(xué)ACVSIM模型的初步驗(yàn)證（三）……………………………孫新 編譯（第4期34）

氣墊船動力學(xué)ACVSIM模型的初步驗(yàn)證（四）……………………………孫新 編譯（第5期35）

李萬嶺（1991～），男，天津薊州人，學(xué)士，天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司助理工程師，主要從事減震降噪橡膠制品和巨型工程機(jī)械輪胎的研制研發(fā)工作。