低滾阻劑DS01在全丁苯橡膠礦用載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

叢明輝，呂丹丹，王婷婷，周鵬程，董凌波，徐海妮

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

礦用全鋼載重子午線輪胎作業(yè)條件惡劣，輪胎的失效形式主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:運(yùn)行路面主要是非鋪裝碎石路面，輪胎胎面易被割傷或刺穿，出現(xiàn)崩花掉塊；高負(fù)荷使輪胎生熱較大，易出現(xiàn)肩空。這些問(wèn)題導(dǎo)致礦用輪胎使用壽命縮短和安全性能大幅降低[1-2]。

丁苯橡膠（SBR）的分子鏈側(cè)基是苯基和乙烯基，分子間作用力大，抗切割、抗刺扎性能優(yōu)于天然橡膠（NR）[3]。為了提高礦用輪胎胎面膠抗切割、抗刺扎性能，一般會(huì)使用大量SBR，但SBR生熱高于NR。因此提高礦用輪胎胎面膠的抗切割、抗刺扎性能，同時(shí)降低生熱是目前亟待解決的問(wèn)題。

本工作通過(guò)研究低滾阻劑DS01在全SBR礦用輪胎胎面膠中的應(yīng)用，以期在提高胎面膠的抗切割、抗刺扎性能的同時(shí)降低生熱。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

低滾阻劑DS01，日本大冢材料科技有限公司產(chǎn)品；乳聚丁苯橡膠（ESBR），牌號(hào)1502，中國(guó)石油吉林石化公司產(chǎn)品；環(huán)保芳烴油（TDAE），新疆獨(dú)山子石油化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑LK975和炭黑N220，山東聯(lián)科科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方:ESBR 100，炭黑N220 53，白炭黑LK975 8，TDAE 12，氧化鋅 5，硬脂酸3.5，防老劑4020 2.5，防老劑RD 1.5，硫黃和促進(jìn)劑TBBS 3.5，其他 8。

試驗(yàn)配方1和2分別添加3和5份低滾阻劑DS01，其他組分和用量同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

1.5 L實(shí)驗(yàn)室用小配合密煉機(jī)，德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品；XLB-500型電熱平板硫化機(jī)和XK-160型開(kāi)煉機(jī)，青島先銳機(jī)電有限公司產(chǎn)品；BB620和BB270剪切型密煉機(jī)，日本神戶(hù)制鋼所產(chǎn)品；TS-2000M型拉力機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；Premier MDR型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；Q800型橡膠動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，美國(guó)熱分析儀器公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料采用兩段混煉工藝。一段混煉采用1.5 L密煉機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為:低滾阻劑DS01、生膠和小料→壓壓砣混煉20 s→加入炭黑、白炭黑和TDAE→壓壓砣混煉30 s→提壓砣→壓壓砣，在150～155 ℃下混煉2 min→排膠。二段混煉工藝為:一段混煉膠在開(kāi)煉機(jī)上混煉至膠料包輥→依次加入硫黃和促進(jìn)劑→混煉約4 min（期間左右各割刀2次進(jìn)行搗膠）→打卷薄通5次→下片。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料采用3段混煉工藝。一段和二段混煉在BB620剪切型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，混煉工藝為:生膠、小料和低滾阻劑DS01→壓壓砣混煉20 s→加入炭黑和白炭黑→壓壓砣混煉30 s→加入TDAE→壓壓砣，在150～155 ℃下混煉2 min→排膠。二段混煉工藝為:一段混煉膠→壓壓砣混煉30 s→提壓砣→壓壓砣混煉至150℃→排膠。終煉在BB270剪切型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝為:二段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣混煉35 s→提壓砣→壓壓砣混煉25 s→提壓砣→壓壓砣混煉至110 ℃→排膠。

混煉膠在150 ℃×30 min條件下于平板硫化機(jī)上硫化。

1.5 性能測(cè)試

（1）物理性能。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）動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。在DMA儀拉伸模式下進(jìn)行溫度掃描，測(cè)試條件為:溫度范圍－60～80℃，頻率 10 Hz，升溫速率 3 ℃·min-1，靜態(tài)應(yīng)變 1%，動(dòng)態(tài)應(yīng)變 0.25%。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗(yàn)

2.1.1 硫化特性

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性如表1所示。

從表1可以看出，低滾阻劑DS01對(duì)膠料加工性能有一定影響。隨著低滾阻劑DS01用量增大，膠料的門(mén)尼粘度增大，硫化速度加快，門(mén)尼焦燒時(shí)間比生產(chǎn)配方膠料縮短15%～35%，加工安全性降低。這可能是因?yàn)榈蜐L阻劑DS01與SBR中的雙鍵發(fā)生反應(yīng)，消耗掉部分雙鍵，硫化體系中硫黃和促進(jìn)劑相對(duì)“過(guò)量”。

表1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

2.1.2 物理性能

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能如表2所示。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能

從表2可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的DIN磨耗量明顯降低，而阿克隆磨耗量變化不大。這說(shuō)明低滾阻劑DS01可有效提升較好鋪裝路面條件下胎面膠的耐磨性能，對(duì)較差路面條件下胎面膠的耐磨性能無(wú)不利影響。試驗(yàn)配方膠料的其他性能與生產(chǎn)配方膠料相當(dāng)。

2.1.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

輪胎胎面配方研究中，輪胎抗?jié)窕阅芡ǔＳ? ℃時(shí)的損耗因子（tanδ）進(jìn)行預(yù)測(cè)，其值越高，輪胎的抗?jié)窕阅茉胶?，反之越差；輪胎的滾動(dòng)阻力或膠料生熱性能用60 ℃時(shí)的tanδ進(jìn)行預(yù)測(cè)，其值越低，輪胎的滾動(dòng)阻力或膠料生熱越低，反之越高[4-5]。小配合試驗(yàn)?zāi)z料的tanδ-溫度曲線見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出:試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料0℃時(shí)的tanδ差異不大；而試驗(yàn)配方膠料60 ℃時(shí)的tanδ較生產(chǎn)配方膠料降幅達(dá)14%。這說(shuō)明在胎面膠配方中加入低滾阻劑DS01，可以在不影響輪胎抗?jié)窕阅艿那疤嵯?，大幅度降低膠料生熱，進(jìn)而降低輪胎滾動(dòng)阻力，提升輪胎耐久性能。分析原因可能是低滾阻劑DS01一方面與SBR中的雙鍵發(fā)生反應(yīng)，接枝到橡膠分子主鏈上；另一方面低滾阻劑DS01上炭黑親和基團(tuán)與炭黑表面官能團(tuán)作用，即低滾阻劑DS01在橡膠分子與炭黑之間起到“架橋”作用，增強(qiáng)了橡膠分子與炭黑間相互作用，減少了橡膠分子鏈自由移動(dòng)，改善了炭黑在橡膠中的分散性。

圖1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的tan δ-溫度曲線

2.2 大配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)結(jié)果顯示，低滾阻劑DS01用量為3和5份時(shí)，膠料的物理性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能差異不大，為保障膠料加工安全性，選擇低滾阻劑DS01用量3份的試驗(yàn)配方1進(jìn)行大配合試驗(yàn)。

大配合試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

從表3可以看出:與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間和硫化時(shí)間縮短，可適當(dāng)增大防焦劑的用量進(jìn)行調(diào)整；定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度增大；DIN磨耗量減小約17%；0 ℃時(shí)的tanδ基本不變，60 ℃時(shí)的tanδ減小約15%。大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

表3 大配合試驗(yàn)結(jié)果

2.3 工藝性能

2.3.1 密煉工藝

一段混煉膠的出片情況如圖2所示。

從圖2可以看出，試驗(yàn)配方1一段混煉膠膠片表面呈麻面狀態(tài)，但其二段混煉膠和終煉膠的表面光滑平整，與生產(chǎn)配方無(wú)明顯差異。

圖2 一段混煉膠的出片情況

2.3.2 胎面擠出工藝

試驗(yàn)配方1膠料擠出胎面如圖3所示。

從圖3可以看出，試驗(yàn)配方1膠料擠出胎面表面光滑平整，未因膠料門(mén)尼焦燒時(shí)間縮短而出現(xiàn)熟膠的問(wèn)題。

圖3 試驗(yàn)配方1膠料擠出胎面

2.3.3 成型工序

試驗(yàn)配方1膠料胎面成型情況如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)配方1胎面成型情況

從圖4可以看出，試驗(yàn)配方1膠料胎面在成型時(shí)接頭粘性較差，出現(xiàn)接頭開(kāi)裂問(wèn)題，后續(xù)可對(duì)試驗(yàn)配方1粘合體系進(jìn)行微調(diào)，加入增粘樹(shù)脂，以增大胎面膠粘性，改善成型時(shí)胎面接頭質(zhì)量。

2.4 成品性能

為進(jìn)一步考察低滾阻劑DS01對(duì)礦用輪胎耐久性能的影響，按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行成品輪胎耐久性能測(cè)試。測(cè)試輪胎為我公司12.00R20 22PR TR691JS輪胎，胎面膠分別使用生產(chǎn)配方和試驗(yàn)配方1膠料，其他施工條件均相同。測(cè)試條件及結(jié)果如表4所示。

從表4可以看出，試驗(yàn)配方1輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為73.8 h，生產(chǎn)配方輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為65.8 h。試驗(yàn)配方1輪胎的耐久性能較生產(chǎn)配方輪胎提升約12%。

表4 成品輪胎的耐久性測(cè)試條件及結(jié)果

3 結(jié)論

（1）在全SBR礦區(qū)輪胎胎面膠中加入低滾阻劑DS01后，膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間縮短，硫化速度加快，DIN磨耗量減小約17%，60 ℃時(shí)的tanδ減小約15%，其他性能與未添加低滾阻劑DS01的膠料相當(dāng)。

（2）添加低滾阻劑DS01的胎面在成型時(shí)，接頭粘性較差，出現(xiàn)接頭開(kāi)裂問(wèn)題，但可通過(guò)加入增粘樹(shù)脂增大胎面膠粘性，改善成型時(shí)胎面接頭質(zhì)量。

（3）添加低滾阻劑DS01的胎面膠試制的12.00R20 22PR TR691JS輪胎耐久性能提升約12%。