礦用載重子午線輪胎胎面膠的配方優(yōu)化

康坤紅

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

礦用載重輪胎的作業(yè)環(huán)境主要是礦山、采石場等，行駛路面多為混合路面，且行駛速度較快，從而導(dǎo)致輪胎生熱高，易出現(xiàn)冠空、肩空等病象[1-2]。此外，礦用載重輪胎工作環(huán)境十分惡劣，使用條件苛刻，在工作時(shí)胎面容易被尖利的礦石割傷、刺傷，使輪胎出現(xiàn)崩花掉塊的現(xiàn)象，從而縮短使用壽命，因此礦用載重輪胎要求具有優(yōu)異的抗切割性能[3-5]和低生熱性能[6]。

本工作在現(xiàn)有配方的基礎(chǔ)上，對礦用載重輪胎胎面膠進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期降低輪胎生熱，提高胎面膠的抗切割性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國普吉宏曼麗（橡膠）有限公司產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號1500E，中國石油蘭州石化公司產(chǎn)品；炭黑N134和N234，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方如表1所示。

1.3 主要設(shè)備和儀器

C型3 L密煉機(jī)、F270型密煉機(jī)和F370型密煉機(jī)，美國法雷爾公司產(chǎn)品；LJ-150型開煉機(jī)，青島巨融機(jī)械技術(shù)有限公司產(chǎn)品；LP6000型平板硫化機(jī)，德國Mon Teck公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XHS型邵爾橡塑硬度計(jì)，營口市材料試驗(yàn)機(jī)有限公司產(chǎn)品；T2000E型電子拉力機(jī)和Y3000E型壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；EPH-50型橡膠回彈儀，英國Satra Hampden公司產(chǎn)品；GT-7012-D型DIN磨耗試驗(yàn)機(jī)，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段進(jìn)行混煉。一段混煉在3 L密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠和除硫黃、促進(jìn)劑和防焦劑外的小料→壓壓砣提壓砣→炭黑→壓壓砣→提壓砣（溫度115 ℃）→壓壓砣→排膠（溫度145 ℃）；二段混煉在LJ-150型開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑和防焦劑→薄通6次→打1個(gè)卷→下片。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料分3段進(jìn)行混煉，每段混煉之間膠料停放時(shí)間為8～12 h。一段和二段混煉均在F370型密煉機(jī)中進(jìn)行，一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：生膠→氧化鋅、硬脂酸等小料→炭黑→排膠（溫度135 ℃）；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：加入一段混煉膠→排膠（溫度165 ℃）；三段混煉在F270型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑和防焦劑→排膠（溫度100 ℃）。

膠料在LP6000型平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為151 ℃×60 min。硫化膠在室溫下停放16～24 h后進(jìn)行性能測試。

1.5 性能測試

各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

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料硫化特性如表2所示。

從表2可以看出：與其余3個(gè)配方膠料相比，3#配方膠料的t5和Δt30最長，同時(shí)其t10，t50和t90最長，說明其加工安全性能較好。

表2 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3所示。

從表3可以看出：3#配方膠料的回彈值最大、壓縮疲勞溫升最低，說明該配方可以有效地降低輪胎在行駛過程中產(chǎn)生的熱量。1#—4#配方膠料的邵爾A型硬度和100%定伸應(yīng)力均差別不大，3#和4#配方膠料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率差別不大，但3#配方膠料的撕裂強(qiáng)度最大、切割深度最小，磨耗量較小，說明該配方膠料的韌性好，抗切割性能和耐磨性能較好。

表3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能

2.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料性能如表4所示。

從表4可以看出，1#—4#配方大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性和物理性能的變化趨勢與相應(yīng)小配合試驗(yàn)?zāi)z料基本一致。

表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料性能

2.3 成品性能

2.3.1 耐久性能

以試驗(yàn)配方試制12.00R20規(guī)格輪胎，按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如表5所示，結(jié)果如表6所示。

表5 成品輪胎的耐久性試驗(yàn)條件

從表6可以看出，采用3#配方胎面膠生產(chǎn)的輪胎耐久性能最好。

表6 成品輪胎的耐久性能

2.3.2 實(shí)際道路測試

分別采用試驗(yàn)配方膠料和生產(chǎn)配方膠料生產(chǎn)12.00R20規(guī)格輪胎進(jìn)行實(shí)際道路測試，使用6個(gè)月后，胎面情況如圖1所示。

從圖1可以看出：使用6個(gè)月后，采用1#，2#和4#配方膠料生產(chǎn)的輪胎的胎面和肩部均有不同程度的割傷和啃傷，割口較多，剩余花紋深度平均為13.4 mm；采用3#配方膠料生產(chǎn)的輪胎胎面平整光滑，割口明顯減少，剩余花紋深度為15.2 mm，輪胎使用壽命明顯延長。

圖1 輪胎實(shí)際道路測試情況

3 結(jié)論

通過對礦用載重輪胎胎面膠配方體系中炭黑的種類和用量以及硫化體系和活化體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后膠料的加工安全性能好，抗切割性能和耐磨性能明顯提高，同時(shí)有效地降低了膠料的生熱，成品輪胎的耐久性能提高，延長了使用壽命。