填充高用量白炭黑巨胎基部膠配方的研究

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）

隨著全球市場(chǎng)對(duì)大型礦用輪胎需求的上升，近些年國內(nèi)的巨胎產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展起來[1]，為滿足國際市場(chǎng)日益苛刻的要求，提升巨胎使用壽命應(yīng)作為一項(xiàng)重要的技術(shù)任務(wù)被廣泛研究。礦用巨胎因單胎載荷大，胎面厚重，導(dǎo)致胎內(nèi)熱量積聚嚴(yán)重，最終導(dǎo)致輪胎早期破壞，因此降低胎面生熱是提升巨胎使用壽命的重要措施。

基部膠的配方設(shè)計(jì)有多種形式，一味的選用低比表面積的炭黑確實(shí)能夠降低膠料的生熱，但也會(huì)嚴(yán)重影響膠料的力學(xué)強(qiáng)度，最終導(dǎo)致胎面崩花掉塊，而使用白炭黑可以解決該問題。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），RSS3，泰國產(chǎn)品；炭黑N220，上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品；沉淀法白炭黑，青島羅帝亞公司產(chǎn)品；其余原料均為市售產(chǎn)品。

1.2 配方

試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方如表1所示。

表1 試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方

1.3 主要設(shè)備和儀器

?660mm、?150mm 開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械一場(chǎng)產(chǎn)品；1.5L 實(shí)驗(yàn)用密煉機(jī)，青島軟控股份有限公司產(chǎn)品；BB270、BB430 型密煉機(jī)，日本Kobe Steel 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；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；ZWICK5091 型回彈儀，德國ZWICK 公司產(chǎn)品，LAT100 型磨耗試驗(yàn)機(jī)，荷蘭VMI 公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合采用兩段工藝，一段在1.5L 實(shí)驗(yàn)用密煉機(jī)上進(jìn)行，加料順序?yàn)椋篘R→炭黑、白炭黑、偶聯(lián)劑、防老劑→氧化鋅等小料→排膠出片；二段在?150mm 開煉機(jī)上進(jìn)行，加料順序?yàn)椋阂欢文改z→硫化劑、促進(jìn)劑→排膠出片。

大配合采用兩段工藝，一段在BB430 型密煉機(jī)上進(jìn)行，加料順序?yàn)椋篘R、炭黑、白炭黑、偶聯(lián)劑（2#配方在溫度到達(dá)145℃保持50s 后進(jìn)行下一步）→其余小料→153℃排膠；二段在BB270型密煉機(jī)上進(jìn)行，加料順序?yàn)椋阂欢文改z→小料→110℃排膠。

1.5 性能測(cè)試

a.拉伸測(cè)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(cè)定》；

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

c.硬度測(cè)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(cè)試：GB/T 533-2008 《硫化橡膠或熱塑性橡膠 密度的測(cè)定》；

e.門尼粘度測(cè)試：GB/T 1232.1-2000《未硫化橡膠圓盤剪切粘度測(cè)定-門尼粘度的測(cè)定》；

f.回彈測(cè)試：GB/T 1681-2009 《硫化橡膠回彈性的測(cè)定》；

g.熱老化測(cè)試：GB/T 3512-2014《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(cè)試：GB∕T 1687.3-2016《硫化橡膠 在屈撓試驗(yàn)中溫升和耐疲勞性能的測(cè)定 第3 部分：壓縮屈撓試驗(yàn)（恒應(yīng)變型）》；

i.流變性能測(cè)試：GB/T 33095.1-2016《未硫化橡膠用動(dòng)態(tài)無轉(zhuǎn)子流變儀測(cè)定流變性能 第一部分：頻率掃描法》；

j.tanδ 值（60℃）測(cè)試：使用RPA 測(cè)試，測(cè)定在頻率10Hz、應(yīng)變5arc、溫度60℃時(shí)的tanδ值；

k.VMI 磨耗（7°）測(cè)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(cè)定重量m1，然后在上述條件下磨10km，取下試樣測(cè)定重量m2，由前可以測(cè)得試樣的密度為ρ。根據(jù)公式：

計(jì)算得出最終的體積磨耗量。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗(yàn)

在設(shè)計(jì)配方時(shí)，考慮了保持硫化膠的硬度、300%定伸應(yīng)力和硫化速度與原配方相當(dāng)?shù)乃?。小配合測(cè)試結(jié)果如表2 所示，表中tanδ 為滯后損耗因子，硫化條件為150℃×30min。

從表2 中可以看出高填充白炭黑配方的門尼粘度明顯高于炭黑配方，因此在投產(chǎn)時(shí)需要調(diào)整混煉工藝。

表2 小配合試驗(yàn)結(jié)果

從表2 中還可以看出，試驗(yàn)配方的拉伸強(qiáng)度比生產(chǎn)配方的低，拉斷伸長率高，這主要是因?yàn)榘滋亢谘a(bǔ)強(qiáng)性能比炭黑的差；試驗(yàn)配方磨耗性能達(dá)與生產(chǎn)配方基本持平；試驗(yàn)配方的撕裂強(qiáng)度明顯超過生產(chǎn)配方、滯后損失明顯低于生產(chǎn)配方，這主要是因?yàn)榘滋亢诰哂懈鼉?yōu)異的抗撕裂性能和更低的滯后損失。綜合考慮，3#配方的性能更加優(yōu)越，因此進(jìn)行大配合試驗(yàn)。

2.2 大配合試驗(yàn)

在小配合試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)3#配方及混煉工藝進(jìn)行微調(diào)，試驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。從表3可以看出，通過調(diào)整混煉工藝，試驗(yàn)配方的門尼黏度與生產(chǎn)配方基本持平；配方的其他性能與小配合基本一致。

2.3 成品耐久性能

分別用生產(chǎn)配方和 3#配方各生產(chǎn)一條27.00R49 的輪胎進(jìn)行TKPH（噸公里/小時(shí)）測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表4 所示。

通過表4 可以看出，3#試驗(yàn)配方能夠顯著提升巨胎的使用壽命。

表4 TKPH 測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

通過使用高填充白炭黑的巨胎基部膠配方，可以達(dá)到與傳統(tǒng)炭黑配方相當(dāng)?shù)哪ズ男阅埽揖哂懈觾?yōu)異的抗撕裂能力和更低的滯后損失；通過調(diào)整混煉工藝后，可以得到與炭黑配方相當(dāng)?shù)拈T尼黏度；使用新配方的成品輪胎具有更高的使用壽命。