抗撕裂樹脂在礦用全鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

霍柱輝，盧南江，齊 婷，巫 超

（中國化工橡膠桂林輪胎有限公司，廣西 桂林 541805）

為防止輪胎在使用過程中出現(xiàn)胎面裂口、崩花掉塊等質(zhì)量問題，要求胎面膠除具有良好的耐磨性能外，還要具有較低的生熱及較好的抗切割性能和抗撕裂性能。為提高胎面膠抗切割性能，一般在膠料中加入白炭黑或者在主體材料中并用適量丁苯橡膠。目前市場上出現(xiàn)多種抗撕裂樹脂，實際應(yīng)用試驗[1-4]表明，添加適量抗撕裂樹脂可提高胎面膠的加工性能及抗撕裂性能。膠料的抗撕裂性能一般通過膠料的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率及撕裂強(qiáng)度來判斷。在相同負(fù)荷和氣壓下，膠料的硬度和拉伸強(qiáng)度越大，尖銳物體引起的變形越小，越不易產(chǎn)生裂口；膠料的拉斷伸長率越大，可吸收的變形能量越大，抗裂口增長性能越好[4]。但也有研究[5]表明，膠料的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率及撕裂強(qiáng)度（新月形試樣）較高，但實際抗撕裂效果并不理想，撕裂強(qiáng)度（新月形試樣）并不能反映膠料真實的抗撕裂性能，這主要是因為測試撕裂強(qiáng)度（新月形試樣）時試樣會發(fā)生嚴(yán)重變形，從低拉伸時的彎月形變?yōu)楦呃鞎r的條形，試樣斷裂前的力學(xué)行為并不表現(xiàn)為真正的撕裂，而是類似于拉伸。張繼川等[6]對不同撕裂強(qiáng)度測試方法進(jìn)行了研究，認(rèn)為測試撕裂強(qiáng)度（新月形試樣）割口小，拉伸變形會掩蓋撕裂變形，即拉伸過程掩蓋了材料真正的撕裂過程。

本工作采用新型撕裂強(qiáng)度和切割減量測試方法研究抗撕裂樹脂SHR800，SL6903和A在礦用全鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用，并與傳統(tǒng)古馬隆樹脂進(jìn)行對比。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑N234和白炭黑HM-2170，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；古馬隆樹脂，青島振利化工有限公司產(chǎn)品；抗撕裂樹脂SHR800，青島山化化工有限公司產(chǎn)品；抗撕裂樹脂SL6903，華奇（中國）化工有限公司產(chǎn)品；抗撕裂樹脂A，市售品。

1.2 配方

NR 100，炭黑N234/白炭黑 55，氧化鋅3.5，硬脂酸 2，防老劑 5，抗撕裂樹脂（1#配方為抗撕裂樹脂SHR800，2#配方為抗撕裂樹脂SL6903，3#配方為抗撕裂樹脂A，4#配方為古馬隆樹脂） 2.5，硫黃和促進(jìn)劑 2.8，其他 6。

1.3 主要設(shè)備與儀器

BB-2型密煉機(jī)，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；GK400N和GK255N型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；Φ160×320型開煉機(jī)，廣東省湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；XLB-D 400×400型平板硫化機(jī)，浙江湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；MV3000型門尼粘度試驗機(jī)、TCS-2000型電子拉力試驗機(jī)、RH-2000型壓縮生熱試驗機(jī)和GT-7012-A型阿克隆磨耗試驗機(jī)，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；RCC-I型橡膠動態(tài)切割試驗機(jī)，北京萬匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗?zāi)z料混煉分兩段進(jìn)行。一段混煉在BB-2型密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：，停放4 h。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→過輥5次→硫黃和促進(jìn)劑→薄通5次→過輥3次→左右割刀3次→出片（總混煉時間約為6 min）。

大配合試驗?zāi)z料混煉分4段進(jìn)行。一、二、三段混煉在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行，一段混煉密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：；二段混煉密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：三段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：。四段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝為：。

1.5 性能測試

膠料抗撕裂性能和抗切割性能分別采用自研撕裂強(qiáng)度和切割減量測試方法進(jìn)行評價。

（1）撕裂強(qiáng)度測試的自制新型試樣與褲形試樣形狀相同，長度為250 mm，測試時兩端夾持部位長度均為25 mm，且硫化前夾持部位兩面加貼1400dtex/1×1400dtex/1浸膠帆布，夾持部位總厚度為5～6 mm。新型試樣撕裂強(qiáng)度由電子拉力試驗機(jī)測試，計算公式如下：

式中，TR為新型撕裂強(qiáng)度，F(xiàn)R為試樣撕裂破壞力，t為試樣厚度。

（2）切割減量由橡膠動態(tài)切割試驗機(jī)測試，試驗轉(zhuǎn)速為720 r·min-1，沖擊頻率為120次·min-1，試驗時間為20 min。

（3）膠料其他性能測試按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

4種樹脂的理化性能如表1所示。從表1可以看出，4種樹脂的理化性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 4種樹脂的理化性能

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

小配合試驗?zāi)z料的硫化特性如表2所示。從表2可以看出：4種樹脂膠料的門尼粘度相差不大，表明抗撕裂樹脂SHR800，SL6903和A與古馬隆樹脂一樣對橡膠具有增塑作用，提高膠料流動性；抗撕裂樹脂SHR800和A膠料與古馬隆樹脂膠料的硫化儀數(shù)據(jù)差異不大，而抗撕裂樹脂SL6903膠料的Fmax較小，ts2和t90較長，初步判斷使用抗撕裂樹脂SL6903的2#配方膠料定伸應(yīng)力小，拉斷伸長率大，應(yīng)具有較好的抗撕裂性能和抗切割性能。

表2 小配合試驗?zāi)z料的硫化特性

2.2.2 物理性能

小配合試驗?zāi)z料的物理性能如表3所示。從表3可以看出：抗撕裂樹脂SHR800膠料和古馬隆樹脂膠料的硬度較大；抗撕裂樹脂SHR800膠料的300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度略低于其他3種膠料，但總體相差不大；抗撕裂樹脂SHR800膠料的阿克隆磨耗量相對較大，但耐磨性能仍然較好；切割減量從小到大的順序依次為抗撕裂樹脂SL6903膠料、古馬隆樹脂膠料、抗撕裂樹脂SHR800膠料、抗撕裂樹脂A膠料，即抗撕裂樹脂SL6903膠料的抗切割性能最佳，而抗撕裂樹脂A膠料的抗切割性能最差；新型試樣撕裂強(qiáng)度從小到大的順序依次為古馬隆樹脂膠料、抗撕裂樹脂A膠料、抗撕裂樹脂SL6903膠料、抗撕裂樹脂SHR800膠料，即抗撕裂樹脂SHR800和SL6903膠料的抗撕裂性能較好。

表3 小配合試驗?zāi)z料的物理性能

綜合來看，抗撕裂樹脂SHR800和SL6903膠料的抗撕裂性能和抗切割性能較好，可以滿足使用要求。雖然古馬隆樹脂膠料的抗撕裂性能略低，但其價格僅為其他抗撕裂樹脂價格的15%～25%，如果出于成本考慮，采用古馬隆樹脂代替抗撕裂樹脂可提高經(jīng)濟(jì)效益，缺點(diǎn)是古馬隆樹脂不是環(huán)保材料，不符合歐盟REACH法規(guī)要求。

2.3 大配合試驗

2.3.1 硫化特性

選擇抗撕裂樹脂SHR800和SL6903進(jìn)行大配合試驗，膠料硫化特性如表4所示。從表4可以看出，抗撕裂樹脂SL6903膠料的Fmax小于抗撕裂樹脂SHR800膠料，ts2和t90略長。大配合試驗?zāi)z料的硫化特性與小配合試驗?zāi)z料基本一致。

表4 大配合試驗?zāi)z料的硫化特性

2.3.2 物理性能

大配合試驗?zāi)z料的物理性能如表5所示。從表5可以看出，與抗撕裂樹脂SHR800膠料相比，抗撕裂樹脂SL6903膠料的硬度低，定伸應(yīng)力和拉斷伸長率較高，阿克隆磨耗量略小，切割減量相差不大，新型試樣撕裂強(qiáng)度略低，這說明抗撕裂樹脂SHR800膠料的抗撕裂性能較好，耐磨性能略差，大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本一致。但總的說來，抗撕裂樹脂SHR800與SL6903膠料的抗撕裂性能、抗切割性能和耐磨性能相差不大，在全鋼子午線輪胎胎面膠中添加抗撕裂樹脂SHR800或SL6903，胎面膠的耐磨性能可達(dá)到要求，并具有較好的抗切割性能和優(yōu)良的抗撕裂性能。

表5 大配合試驗?zāi)z料的物理性能

目前抗撕裂樹脂SHR800和SL6903已在礦用型輪胎胎面膠生產(chǎn)中投入使用，膠料加工性能良好，成品輪胎胎面裂口及掉塊質(zhì)量問題明顯減少，應(yīng)用效果良好。

3 結(jié)論

在礦用全鋼子午線輪胎胎面膠中添加抗撕裂樹脂SHR800或SL6903，膠料具有較好的物理性能、抗切割性能及優(yōu)良的抗撕裂性能，成品輪胎胎面裂口和掉塊缺陷減少，輪胎質(zhì)量提高。