礦用工程機(jī)械輪胎緩沖層膠的配方優(yōu)化

劉 娟，許新安，鄒 春，周 勇

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

工程機(jī)械輪胎緩沖層位于胎面和胎體之間，主要作用是減小作用于胎體的牽引力和制動力，減弱胎體受到的振蕩和沖擊，提高不同硬度胎面和胎體間的粘合強(qiáng)度。緩沖層承受輪胎行駛時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生的剪切應(yīng)力，起分散和緩沖作用，從而避免應(yīng)力局部集中導(dǎo)致的簾布層早期損壞。因此緩沖層各層間需具有較高的粘合強(qiáng)度，同時(shí)自身應(yīng)具有較大的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度以及良好的彈性。

礦用工程機(jī)械輪胎胎肩部位較厚，在輪胎長時(shí)間行駛下，胎肩部位反復(fù)屈撓變形，導(dǎo)致其散熱困難，溫度不斷升高。在較高溫度下，膠料與簾線之間的粘合強(qiáng)度降低而發(fā)生分離。隨著輪胎使用時(shí)間延長，緩沖層之間、緩沖層與胎體簾布層之間和緩沖層與胎面之間將較大面積脫開而出現(xiàn)肩空、冠空現(xiàn)象。為減少此現(xiàn)象的產(chǎn)生，需提高緩沖層膠的定伸應(yīng)力，使其在屈撓時(shí)變形小、生熱低。目前我公司緩沖層膠生產(chǎn)配方主要采用普通硫化體系，交聯(lián)鍵以多硫鍵為主，其膠料的耐熱性能較差，在硫化后期和使用過程中易出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象。本試驗(yàn)配方采用半有效硫化體系（即選用次磺酰胺類后效性促進(jìn)劑），交聯(lián)鍵以單硫鍵和雙硫鍵為主，以改善膠料的抗硫化返原性，提高硫化膠的定伸應(yīng)力和熱穩(wěn)定性。

本工作對礦用工程機(jī)械輪胎緩沖層膠配方進(jìn)行優(yōu)化，以期解決輪胎在使用過程中出現(xiàn)的脫層現(xiàn)象，提高輪胎使用壽命。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），3#煙膠片，泰國產(chǎn)品；NR，SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號1502，中國石油天然氣股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N330，山西志信化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N660，青島貝斯特科工貿(mào)有限公司產(chǎn)品；白炭黑，無錫恒亨白炭黑有限責(zé)任公司產(chǎn)品；間苯二酚給予體R-80（以下簡稱R-80），萊茵化學(xué)（青島）有限公司產(chǎn)品；亞甲基給予體H-80（以下簡稱H-80），威海恒力制動材料有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生 產(chǎn) 配 方：3#煙 膠 片 95，SBR 5，炭 黑N330 15，炭黑N660 20，白炭黑 5，防老劑RD和4020 4，均勻劑TNB-88 2，不溶性硫黃HDOT20 2.5，促進(jìn)劑NS 0.9，其他 15。

試驗(yàn)配方：SMR20 100，炭黑N330 20，炭黑N660 20，白炭黑 7，防老劑RD和4020 2.5，R-80 1.73，H-80 1.06，不溶性硫黃HDOT20 2，促進(jìn)劑CZ 1.8，其他 13.5。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；1.5 L密煉機(jī)，德國克虜伯公司產(chǎn)品；GK255型和GK400型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XLB-Q 400×400×2型平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；Instron 3367Q8137型拉力試驗(yàn)機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；DMA動態(tài)粘彈譜儀，德國CABO公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗(yàn)

膠料混煉分兩段，均在1.5 L密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠、小料→壓壓砣（30 s）→炭黑→壓壓砣（90 s）→芳烴油→壓壓砣（90 s）→排膠（115 ℃）；二段混煉工藝為：一段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣（30 s）→壓壓砣（90 s）→排膠。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

膠料混煉分兩段。一段混煉在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料→壓壓砣→提壓砣→炭黑→壓壓砣（40 s）→提壓砣→芳烴油→壓壓砣（40 s）→提壓砣→壓壓砣→排膠（145～155 ℃）；二段混煉在GK255N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：一段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣→排膠（95～105 ℃）。

1.5 性能測試

膠料各項(xiàng)性能均按相應(yīng)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)

小配合試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。從表1可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度小，門尼焦燒時(shí)間短，硫化速率快；硫化膠的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率、撕裂強(qiáng)度和1400dtex/3V1簾線抽出力呈增大趨勢，老化后各項(xiàng)性能保持率較好。

2.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度小，門尼焦燒時(shí)間短，硫化速率快；硫化膠的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率、撕裂強(qiáng)度和1400dtex/3V1簾線抽出力呈增大趨勢；大配合試驗(yàn)與小配合試驗(yàn)結(jié)果具有較好的一致性。

表1 小配合試驗(yàn)結(jié)果

表2 大配合試驗(yàn)結(jié)果

2.3 緩沖層膠壓延工藝調(diào)整

2.3.1 輥筒溫度

調(diào)整前后1#—4#輥筒溫度如表3所示。從表3可以看出：調(diào)整前2#和3#輥筒溫度較低，1#和4#輥筒溫度較高；調(diào)整后2#和3#輥筒溫度較高，1#和4#輥筒溫度較低，這樣調(diào)整的目的是使NR與2#和3#輥筒較好地粘黏；調(diào)整后4個輥筒溫度均比調(diào)整前高，這使膠料轉(zhuǎn)變?yōu)檎承粤鲃铀钑r(shí)間變短，流動性變好。

表3 調(diào)整前后1#—4#輥筒溫度 ℃

2.3.2 壓延速度

壓延速度是影響膠片質(zhì)量的重要因素。壓延速度過快，膠料得不到充分冷卻，停放溫度高，焦燒性能差，影響成型；壓延速度過慢則影響工作效率。經(jīng)過多次跟蹤試驗(yàn)，壓延速度應(yīng)由25 m·min-1調(diào)整為18 m·min-1。

2.4 成品試驗(yàn)

采用試驗(yàn)配方生產(chǎn)4條14.00－25 36PR工程機(jī)械輪胎并分別進(jìn)行緩沖層膠各層間粘合強(qiáng)度測試、耐久性能試驗(yàn)、TKPH值測試和實(shí)際路試。

2.4.1 粘合強(qiáng)度測試

緩沖層膠各層間粘合強(qiáng)度測試結(jié)果如表4所示。從表4可以看出，與生產(chǎn)輪胎相比，試驗(yàn)輪胎緩沖層膠各層間粘合強(qiáng)度較大。

表4 緩沖層膠粘合強(qiáng)度測試結(jié)果 kN·m-1

2.4.2 耐久性試驗(yàn)

試驗(yàn)輪胎和生產(chǎn)輪胎耐久性試驗(yàn)條件和結(jié)果分別如表5和6所示。從表6可以看出，與生產(chǎn)輪胎相比，試驗(yàn)輪胎的耐久性能較好。

2.4.3 TKPH值測試

額定TKPH值是輪胎在38 ℃環(huán)境溫度下達(dá)到臨界溫度時(shí)負(fù)荷與速度的乘積，表示輪胎的耐生熱破壞能力，是工程機(jī)械輪胎的重要性能參數(shù)。額定TKPH值越大，輪胎的耐熱性能越好，使用壽命越長。試驗(yàn)輪胎和生產(chǎn)輪胎的TKPH值如表7所示。從表7可以看出，試驗(yàn)輪胎的TKPH值大于生產(chǎn)輪胎，說明在同等條件下試驗(yàn)輪胎生熱低，發(fā)生肩空、冠脫的概率較小。

表5 輪胎耐久性試驗(yàn)條件

表6 輪胎耐久性試驗(yàn)結(jié)果

表7 試驗(yàn)輪胎和生產(chǎn)輪胎的TKPH值

2.4.4 實(shí)際路試

將8條試驗(yàn)輪胎發(fā)往新疆喀什鉛鋅礦（硬質(zhì)礦山）進(jìn)行裝車試驗(yàn)，運(yùn)行100天后，除1條輪胎被外力刺扎外，其余輪胎運(yùn)行正常。試驗(yàn)輪胎和生產(chǎn)輪胎路試后照片如圖1和2所示。從圖1和2可以看出，試驗(yàn)輪胎使用正常，生產(chǎn)輪胎出現(xiàn)肩空脫層。

圖1 試驗(yàn)輪胎路試后照片

圖2 生產(chǎn)輪胎路試后照片

3 結(jié)論

通過調(diào)整緩沖層膠配方補(bǔ)強(qiáng)體系和硫化體系，采用間-甲-白粘合體系，膠料的門尼粘度降低；硫化膠的物理性能和耐熱老化性能提高；成品輪胎的耐久性能提高，脫層現(xiàn)象減少，使用壽命延長。