胎面擠出氣孔率高低對(duì)輪胎磨耗的影響研究

代偉鵬，雷振，李維鴿，沈春和

(陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)橡膠有限公司，陜西 西安 712000)

輪胎的胎面擠出工序是輪胎制造過(guò)程中一道重要的工序，其作用是將混煉膠通過(guò)擠出機(jī)制成胎面半部件，擠出胎面半部件的質(zhì)量與輪胎的質(zhì)量及磨耗息息相關(guān)[1]?，F(xiàn)國(guó)內(nèi)各輪胎企業(yè)主流胎面生產(chǎn)方式是冷喂料擠出，該生產(chǎn)方法勞動(dòng)生產(chǎn)效率高，但擠出胎面易產(chǎn)生氣孔，氣孔的存在會(huì)影響到輪胎的質(zhì)量及耐磨性，容易出現(xiàn)崩花、掉塊、溝裂等質(zhì)量問(wèn)題，影響客戶使用效果[2]。

冷喂料擠出胎面產(chǎn)生原因很多，包括膠料配方中原材料含水份和揮發(fā)物太多，膠料中炭黑分散不均，膠料可塑度低，膠料混煉溫度過(guò)高導(dǎo)致配合劑分解，膠料停放時(shí)間過(guò)長(zhǎng)產(chǎn)生凝膠，擠出速度過(guò)快使膠料中的空氣未及時(shí)排出，擠出時(shí)供膠不足等[3]。本文主要研究，胎面半部件氣孔率超出可控范圍一倍以上與胎面半部件氣孔率在可控范圍以內(nèi)的胎面生產(chǎn)出的輪胎在實(shí)際使用中磨耗的差異。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，STR20#,泰國(guó)產(chǎn)品； N234炭黑，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品，氧化鋅，大連氧化鋅有限公司；硬脂酸，豐益油脂科技（連云港）有限公司；其他均為輪胎工業(yè)常用原材料。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 100，N234 52，氧化鋅 3.5；硬脂酸 2，其他9.85。

1.3 主要設(shè)備和儀器

BB-2密煉機(jī)，BB430密煉機(jī)，日本神戶制鋼株式會(huì)社；F270密煉機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械有限公司；MV2000型門(mén)尼黏度計(jì)、MDR2000型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技公司；400 mm×400 mm XLB-D型平板硫化機(jī)，湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司；3365型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司；DIN磨耗試驗(yàn)機(jī)、阿克隆磨耗實(shí)驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵儀器有限公司；動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀DMA，德國(guó)高寶公司；炭黑分散儀，美國(guó)阿爾法科技公司；Φ250雙復(fù)合冷喂料螺桿擠出機(jī)，桂林橡膠設(shè)計(jì)院有限公司等。

1.4 試驗(yàn)策劃

使用生產(chǎn)配方在密煉車(chē)間生產(chǎn)一批次胎面終煉膠料TY3，停放一天按照正常擠出工藝（三片供膠、擠出接取速度12 m/min）生產(chǎn)12R22.5胎面半部件，保證胎面重量合格選取胎面，取終煉膠（TY3-1前）以及擠出后胎面分割后胎面膠料（TY3-1后）。

停放第8天按照2片供膠以及提高擠出接取速度2 m/min生產(chǎn)12R22.5胎面半部件，保證胎面重量合格選取胎面，取終煉膠（TY3-8前）以及擠出后胎面分割后胎面膠料（TY3-8后），具體見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)方案編號(hào)

1.5 性能測(cè)試

膠料性能檢測(cè)均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

硫化特性按GB/T 16584—1996測(cè)定，溫度151℃；門(mén)尼黏度按GB/T 1232.1—2016測(cè)定；拉伸強(qiáng)度按GB/T 528—2009測(cè)試，撕裂強(qiáng)度按GB/T 529—2008測(cè)試；硬度按GB/T 531.1—2008測(cè)試； 沖擊彈性按GB/T 1681—2009測(cè)試；阿克隆磨耗按GB/T 1689—2014測(cè)試；DIN磨耗按GB/T 9867—2008測(cè)試；熱空氣老化按GB/T 3512—2014測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 終煉膠料

選取TY3終煉膠同批次共40車(chē)，快檢各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)合格，滿足工藝技術(shù)要求，表2列出同批次TY3膠料與擠出氣孔相關(guān)的門(mén)尼黏度以及炭黑分散快檢數(shù)據(jù)，具體見(jiàn)表2。

表2 TY3膠料數(shù)據(jù)

分析以上數(shù)據(jù)，此批次TY3膠料混煉均一，膠料混煉質(zhì)量較高，炭黑表面與生膠產(chǎn)生了一定的結(jié)合作用，同批次比較穩(wěn)定，有利于膠料正常擠出生產(chǎn)。

2.2 擠出工藝

擠出生產(chǎn)12R22.5胎面時(shí)，選取胎面時(shí)優(yōu)先保證胎面質(zhì)量在標(biāo)準(zhǔn)范圍，尺寸可均勻偏大或偏小。第一天和第八天擠出生產(chǎn)，擠出生產(chǎn)相關(guān)工藝見(jiàn)表3，擠出胎面斷面掃描圖見(jiàn)圖1，圖2。

圖1 TY3-1胎面斷面掃面圖

圖2 TY3-8胎面斷面掃面圖

表3 擠出生產(chǎn)工藝

由表3可見(jiàn)，當(dāng)膠料停放時(shí)間達(dá)到8天（內(nèi)控≤5天），在擠出生產(chǎn)過(guò)程中，供膠不足且提高壓出速度時(shí)，膠料氣孔率增大明顯，已超內(nèi)控指標(biāo)（≤4%）一倍多；當(dāng)擠出過(guò)程中米稱(chēng)波動(dòng)較大時(shí)，可能會(huì)存在擠出胎面氣孔率偏大現(xiàn)象。

2.3 膠料性能

TY3終煉膠進(jìn)擠出機(jī)前后膠料性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 膠料性能測(cè)試結(jié)果

分析表4數(shù)據(jù)，隨膠料停放時(shí)間延長(zhǎng)到8天，膠料中一些極性較強(qiáng)配合劑相互聚集，形成包圍圈，限制部分橡膠分子鏈的運(yùn)動(dòng)，膠料門(mén)尼黏度增大；膠料在經(jīng)過(guò)冷喂料擠出機(jī)時(shí)膠料存在一次再加工過(guò)程，導(dǎo)致膠料的門(mén)尼黏度、焦燒時(shí)間、T90損失，膠料拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、300%定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度、磨耗性能與未進(jìn)擠出機(jī)前的膠料均有差異，可能原因?yàn)樘亢诰奂w對(duì)分子鏈?zhǔn)`的強(qiáng)弱，影響橡膠分子鏈運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致相關(guān)物理性能的變化。

2.4 輪胎成品性能對(duì)比

為驗(yàn)證胎面氣孔率對(duì)全鋼絲載重子午線輪胎使用過(guò)程中磨耗的影響，對(duì)正常氣孔率和高氣孔率胎面分別生產(chǎn)12R22.5規(guī)格全鋼絲載重子午線輪胎，進(jìn)行室內(nèi)機(jī)床耐久性能測(cè)試，具體結(jié)果見(jiàn)表5。對(duì)生產(chǎn)的輪胎進(jìn)行實(shí)際裝車(chē)路試，驗(yàn)證擠出胎面氣孔率對(duì)輪胎的實(shí)際磨耗性能相關(guān)性。選擇車(chē)輛行駛路況以高速為主，單趟1 000 km運(yùn)距，驅(qū)動(dòng)輪安裝，具體實(shí)際路試磨耗數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表5 成品輪胎機(jī)床耐久結(jié)果

表6 輪胎路試情況

由表5可見(jiàn)，兩種氣孔率生產(chǎn)的輪胎在機(jī)床實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎損壞病象一致，單高氣孔率生產(chǎn)的輪胎雖已滿足技術(shù)要求（≥81 h），相比正常氣孔率生產(chǎn)的輪胎在耐久方面存在差異。

表6中3,5,8,10輪位為正常胎面擠出氣孔率生產(chǎn)的輪胎，4,6,7,9輪位為實(shí)驗(yàn)高胎面擠出氣孔率生產(chǎn)的輪胎，由表5計(jì)算得出，正常胎面擠出氣孔率生產(chǎn)的輪胎平均磨耗34 255 km/mm，實(shí)驗(yàn)高胎面擠出氣孔率生產(chǎn)的輪胎平均磨耗312 38 km/mm，單毫米差異3 017 km，實(shí)驗(yàn)高胎面擠出氣孔率生產(chǎn)的輪胎實(shí)際磨耗性能比正常差8.8%。

3 結(jié)論

（1）膠料配方隨停放時(shí)間延長(zhǎng)，在使用時(shí)供膠不足、提高壓出速度，擠出胎面氣孔率增大明顯；

（2）膠料在經(jīng)過(guò)冷喂料擠出機(jī)后，膠料的門(mén)尼黏度、焦燒時(shí)間、T90均有損失；

（3）膠料拉伸強(qiáng)度、扯斷伸長(zhǎng)率、300%定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度、磨耗性能與未進(jìn)擠出機(jī)前的膠料均有差異；

（4）擠出氣孔率超出可控范圍一倍以上的胎面生產(chǎn)的輪胎，會(huì)損失輪胎使用壽命。