多功能交聯(lián)劑WY988在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中的應(yīng)用

李 鍵，蘇普文

（廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東 廣州 511400）

國(guó)內(nèi)載重運(yùn)輸車輛由于操作不規(guī)范，其全鋼載重子午線輪胎肩空現(xiàn)象頻發(fā)。分析認(rèn)為，輪胎發(fā)生肩空主要是在高溫環(huán)境下，氧以自由基形式進(jìn)攻硫-硫交聯(lián)鍵，導(dǎo)致胎肩墊膠膠料迅速老化降解。筆者認(rèn)為解決輪胎肩空問(wèn)題要從3個(gè)方面入手：一是降低輪胎生熱，這要對(duì)輪胎整體膠料配方設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化；二是減少進(jìn)入胎肩墊膠中的氧，這就要求提高內(nèi)襯層的氣密性；三是改進(jìn)胎肩墊膠的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，硫-硫交聯(lián)鍵是橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中較為脆弱的環(huán)節(jié)，容易受到自由基進(jìn)攻而斷鏈或重排，導(dǎo)致膠料性能迅速下降，可在膠料中加入新型硫化助劑來(lái)改變交聯(lián)鍵類型。

多功能交聯(lián)劑WY988既具有硫化促進(jìn)劑的作用，又具有抗硫化返原的作用。其分子結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示。從分子結(jié)構(gòu)上看，多功能交聯(lián)劑WY988兩側(cè)的芐基秋蘭姆與促進(jìn)劑TBzTD［圖1（b）］較為接近，中間參與交聯(lián)的部分則與抗硫化返原劑HTS［圖1（c）］相似，因此加入多功能交聯(lián)劑WY988相當(dāng)于增大促進(jìn)劑和硫黃的用量。

圖1 多功能交聯(lián)劑WY988與其它硫化助劑的分子結(jié)構(gòu)對(duì)比

本工作主要研究多功能交聯(lián)劑WY988在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號(hào)SMR20，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；炭黑N330，河北龍星化工股份有限公司產(chǎn)品；多功能交聯(lián)劑WY988，上海麒祥化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

1#配方：NR，100；炭黑N330，30；白炭黑，15；氧化鋅，4；硬脂酸，1；防老劑，2.3；硫黃，1.8；促進(jìn)劑，1.6；其它，7.1。

2#配方：除加入0.6份多功能交聯(lián)劑WY988外，其余與1#配方相同。

1.3 主要設(shè)備與儀器

XK-160型開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；1 L密煉機(jī)，廣州華工百川科技股份有限公司產(chǎn)品；M2000型門尼粘度計(jì)和RPA2000型橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；橡膠應(yīng)力-應(yīng)變拉伸試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速80 r·min-1，加料順序?yàn)椋荷z→小料→炭黑、白炭黑→排膠（140 ℃）；二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→硫黃、促進(jìn)劑和多功能交聯(lián)劑WY988→下片。

1.5 性能測(cè)試

（1）硫化返原率測(cè)試條件為160 ℃×60 min，硫化返原率按公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中，P為硫化返原率，ML為最小轉(zhuǎn)矩，MH為最大轉(zhuǎn)矩，S60為硫化終點(diǎn)轉(zhuǎn)矩。

（2）壓縮疲勞生熱試驗(yàn)條件：沖程4.45 mm，負(fù)荷2.5 MPa，起始溫度55 ℃。

（3）動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試：用RPA2000型橡膠加工分析儀對(duì)混煉膠進(jìn)行硫化，再對(duì)硫化膠進(jìn)行溫度掃描，測(cè)試溫度50～100 ℃，頻率10 Hz。

（4）成品輪胎耐久性能試驗(yàn)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，試驗(yàn)條件：標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷4000 kg，充氣壓力900 kPa。

（5）膠料其它性能按相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

膠料的硫化曲線如圖2所示，硫化返原性能見表1。

圖2 膠料硫化曲線（160 ℃）

表1 膠料硫化返原性能

從圖2可以看出：2#配方膠料的MH明顯大于1#配方膠料，這是因?yàn)榧尤攵喙δ芙宦?lián)劑WY988使硫-硫交聯(lián)鍵長(zhǎng)度變小，交聯(lián)密度增大；值得一提的是，隨著硫化時(shí)間延長(zhǎng)，2個(gè)配方膠料的轉(zhuǎn)矩明顯下降，2#配方膠料硫化曲線的平坦性優(yōu)于1#配方膠料。

從表1可以看出，1#配方膠料的硫化返原率達(dá)到16.0%，2#配方膠料的硫化返原率為5.9%，這說(shuō)明加入多功能交聯(lián)劑WY988能夠有效提高膠料的抗硫化返原性能。

2.2 物理性能

膠料的物理性能如表2所示。從表2可以看出：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的硬度和定伸應(yīng)力明顯增大，但拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度減小，2#配方膠料的300%定伸應(yīng)力接近16 MPa，所以在實(shí)際生產(chǎn)中要考慮調(diào)整硫化體系，使胎肩墊膠與輪胎其他部件膠料的定伸應(yīng)力匹配；2#配方膠料老化前后的拉斷永久變形明顯小于1#配方膠料，彈性提高，這對(duì)永久變形要求較高的胎圈護(hù)膠和胎肩墊膠無(wú)疑十分有利。

表2 膠料物理性能

2.3 溫度掃描

膠料溫度掃描曲線見圖3。從圖3可以看出，在50～80 ℃區(qū)間內(nèi)1#配方膠料與2#配方膠料的滯后損耗因子（tanδ）接近，加入多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)膠料生熱性能無(wú)明顯影響。

圖3 膠料溫度掃描曲線

2.4 壓縮疲勞生熱

輪胎的很多部件都被層層包裹，而橡膠又是熱的不良導(dǎo)體，容易積熱，如果長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致膠料迅速老化，造成輪胎過(guò)早損壞。本研究胎肩墊膠的壓縮疲勞生熱性能見圖4。從圖4可以看出，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的壓縮疲勞生熱略有降低，這與溫度掃描試驗(yàn)結(jié)果一致。2#配方膠料壓縮疲勞生熱降幅不大，說(shuō)明多功能交聯(lián)劑WY988對(duì)改善膠料生熱的作用不大，降低膠料生熱可能還需要從其它方面著手。

圖4 膠料壓縮疲勞生熱

2.5 成品輪胎性能

選用2#配方膠料試制12.00R20 20PR輪胎。成品輪胎耐久性能見表3。從表3可以看出，盡管試驗(yàn)結(jié)束時(shí)試驗(yàn)輪胎和生產(chǎn)輪胎的破壞形式相同，但試驗(yàn)輪胎的累計(jì)行駛時(shí)間為83.16 h，較生產(chǎn)輪胎有較大優(yōu)勢(shì)。

表3 成品輪胎耐久性能

3 結(jié)論

在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中加入多功能交聯(lián)劑WY988，膠料的抗硫化返原性能顯著改善，老化前后的拉斷永久變形顯著減小，成品輪胎的耐久性能提高。