不同煉膠工藝對胎面膠磨耗性能的影響

趙富強(qiáng), 鄭 濤, 李民軍, 李海艷, 潘存孝, 龍飛飛

（1.四川大學(xué)生物治療國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

不同煉膠工藝對胎面膠磨耗性能的影響

趙富強(qiáng)1, 鄭 濤2, 李民軍2, 李海艷2, 潘存孝2, 龍飛飛2

（1.四川大學(xué)生物治療國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610065；2.山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

與傳統(tǒng)法混煉工藝生產(chǎn)的胎面膠相比，SSM一步法生產(chǎn)的胎面膠料炭黑和白炭黑的分散度較好，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率較大；阿克隆磨耗體積小，說明胎面膠料的耐磨性好。SSM一步法混煉工藝生產(chǎn)的成品輪胎的胎面穩(wěn)定性能較高，輪胎外觀及胎面耐磨性能得到保證。

阿克隆磨耗；耐磨性；炭黑分散度

0 前 言

伴隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷騰飛，國內(nèi)汽車工業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的變化，輪胎作為乘用車最重要的安全配件、關(guān)鍵零部件，其性能也越來越多地受到關(guān)注、重視。評價(jià)成品輪胎性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一是胎面的耐磨性，它取決于輪胎表層的力學(xué)性能、分子結(jié)構(gòu)等，但其中最關(guān)鍵的影響因素還是胎面的配方體系和膠料的混煉工藝。

膠料的耐磨耗性能是表征胎面膠料硫化后在抵抗摩擦力的作用下因胎面表面破壞而使膠料損耗的能力。磨耗性能屬于力學(xué)性能范疇，它有以下三種表現(xiàn)形式：

（1）胎面的磨損磨耗是指胎面與路面上不平的尖銳的粗糙物不斷地切割、亂擦，導(dǎo)致胎面表面接觸點(diǎn)被切割、扯斷成微小的顆粒，輪胎表面脫落下來形成磨耗。磨耗強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度成反比，換言之，胎面想要降低磨耗強(qiáng)度必須提升膠料的拉伸強(qiáng)度。

（2）胎面的疲勞磨耗是指胎面在路面上反復(fù)運(yùn)動的過程中受周期性的壓縮、剪切、拉伸等變形作用，輪胎表面產(chǎn)生疲勞，胎面逐漸產(chǎn)生微裂紋，進(jìn)而造成胎面表面的微觀剝落。疲勞磨耗隨著胎面膠料拉伸強(qiáng)度的降低而加大。換言之，胎面想要降低疲勞磨耗，必須提升膠料的拉伸強(qiáng)度。

（3）胎面的巻曲磨耗是指胎面由于摩擦力的作用，表面產(chǎn)生凹凸不平并發(fā)生形變，進(jìn)而被撕裂破壞，成巻地從表層脫落。巻曲磨耗與斷裂伸長率成反比，想要降低巻曲磨耗，必須提升胎面膠料的斷裂伸長率。

顯然，考慮到上述因素和條件，對于如何降低輪胎磨耗性能的研究仍然是一項(xiàng)迫切的任務(wù)。

本研究針對煉膠工藝的提升，將SSM一步法混煉工藝與傳統(tǒng)工藝進(jìn)行對比，進(jìn)而驗(yàn)證SSM法所生產(chǎn)的胎面膠料是否有利于胎面耐磨性能的提升。

1 胎面膠料生產(chǎn)

1.1 主要原材料

充油丁苯膠、溶聚丁苯膠，北京四聯(lián)；白炭黑，卡博特化工；炭黑，江西黑貓?zhí)亢冢画h(huán)保油，齊魯石化；氧化鋅，百勝化工；硬脂酸，上海嘉定；防老劑，山東圣奧化工；促進(jìn)劑、硫磺、NS，尚舜化工；防焦劑CTP，陽谷華泰。

1.2 基本配方

基本配方（單位:份）：充油丁苯膠 35.0；溶聚丁苯膠80.0；白炭黑 49.0；炭黑N234 21.0；環(huán)保油 5.0；微晶蠟 2.2；硅烷偶聯(lián)劑 10.0；硬脂酸2.0；促進(jìn)劑NS 0.5；氧化鋅 2.0；促進(jìn)劑CZ 2.0；硫磺 2.8；防焦劑CTP 0.3。

1.3 檢測設(shè)備

拉伸強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度，Zwick Z010拉力試驗(yàn)機(jī)，德國Zwick；橡膠流動性，橡膠流動性測試儀（VMA），特拓（青島）輪胎技術(shù)；阿克隆磨耗，JC-1076磨耗機(jī),江都市精誠測試儀器。其余設(shè)備均為常規(guī)輪胎廠使用的測試設(shè)備，膠料的各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

1.4 胎面膠料制備

采用傳統(tǒng)法煉膠工藝和SSM一步法混煉工藝分別生產(chǎn)胎面膠料，然后進(jìn)行性能對比測試。工藝步驟詳見表1和表2。

從表1可以看出，傳統(tǒng)法煉膠工藝生產(chǎn)胎面膠須多段完成，進(jìn)行下一次的混煉之前，前一段生產(chǎn)的母煉膠須停放8 h。此過程須運(yùn)轉(zhuǎn)多次才能完成胎面終煉膠的制備。

表1 傳統(tǒng)法煉膠工藝生產(chǎn)胎面膠

（表未完）

（續(xù)表）

從表2可以看出，SSM一步法混煉工藝生產(chǎn)胎面膠僅須一段即可完成，其密煉機(jī)與開煉機(jī)為5:1配置塑煉，胎面膠料在密煉機(jī)母煉后排放到雙驅(qū)全自動開煉機(jī)上，壓制成片后分流給四組全自動混煉開煉機(jī)，膠料在每組混煉開煉機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動混煉，補(bǔ)充混煉、膠冷、單獨(dú)收取。SSM法實(shí)現(xiàn)了從原材料投入到胎面終煉膠產(chǎn)出的高度自動化。

表2 SSM一步法混煉工藝生產(chǎn)胎面膠

（表未完）

（續(xù)表）

2 結(jié)果與討論

2.1 炭黑分散性

通過表3可以看出，SSM法煉膠工藝生產(chǎn)的胎面膠料的炭黑分散度等級、分散指數(shù)均優(yōu)于傳統(tǒng)法煉膠工藝。胎面膠料在炭黑和白炭黑分散度提升的同時(shí)，流動性得到提升。VMA設(shè)備檢測數(shù)據(jù)顯示，SSM法生產(chǎn)的胎面膠流動性值比傳統(tǒng)法生產(chǎn)的胎面膠大近1倍；在胎面擠出成型時(shí)，SSM法生產(chǎn)的胎面膠加工性能提升，大大降低了成品輪胎的外觀缺陷（胎冠缺膠、花紋圓角等），提升了輪胎成品的總體質(zhì)量水平。

表3 炭黑分散度對比

2.2 拉伸性能

2.2.1 測試儀器及原理

使用拉力試驗(yàn)機(jī)測定胎面膠拉伸性能，一般由加荷機(jī)構(gòu)、測力機(jī)構(gòu)、記錄裝置、緩沖裝置等部分組成（圖1）。

圖1 拉力試驗(yàn)機(jī)

（1）定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度計(jì)算

式中，σ —定伸應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度，MPa；F—試樣所受的作用力，N；b—試樣工作部分寬度，mm；d—試樣工作部分厚度，mm。

（2） 定應(yīng)力伸長率和拉斷伸長率計(jì)算

式中，ε—定應(yīng)力伸長率或拉斷伸長率，%；L1—試樣達(dá)到規(guī)定應(yīng)力或拉斷時(shí)的標(biāo)距，mm；L0—試樣初始標(biāo)距，mm。

（3） 拉伸永久變形計(jì)算

式中，H—拉斷永久變形，%；L2—試樣拉斷后停放3 min后對起來的標(biāo)距，mm；L0—試樣初始標(biāo)距，mm。

2.2.2 測試結(jié)果及分析

首先分別選取兩種工藝（傳統(tǒng)法與SSM法）生產(chǎn)的胎面終煉膠各3車，制作試樣。對總計(jì)6個(gè)試樣進(jìn)行拉伸性能測定，其結(jié)果如圖2所示。

由圖2可以看出，就胎面膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率而言，SSM法較傳統(tǒng)法有較大整體提升。因此胎面的磨損磨耗、疲勞磨耗會相應(yīng)降低，而拉斷伸長率的提升也會降低胎面的巻曲磨耗。

2.3 磨耗分析

2.3.1 測試儀器及原理

測定磨耗所用的裝置為阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)（圖3）。所用砂輪直徑150 mm，厚度25 mm，中心直徑32 mm，砂輪表面的磨料為氧化鋁，粘合劑為陶土，粒度為36#，硬度為中硬2。

圖2 兩種工藝對比下的胎面膠的拉伸性能

圖3 阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)

試樣規(guī)格：長π(D+2h)0+5mm，寬12.7 mm±0.2 mm，厚度3.2 mm±0.2 mm。D為膠輪的直徑，h為試樣的厚度，π=3.14。

膠輪是特制的，膠輪軸徑為680-1mm，厚度為12.7 mm±0.2 mm，硬度為75～80，中心孔直徑應(yīng)符合膠輪回轉(zhuǎn)軸的直徑。

分別選取兩種工藝生產(chǎn)的胎面終煉膠各3車，制作試樣，總計(jì)對6個(gè)試樣進(jìn)行磨耗測定。

2.3.2 測試結(jié)果及分析

試樣的磨耗體積V=（m1-m2）/ρ，單位cm3。阿克隆磨耗體積越小，說明胎面膠料的耐磨性越好。測量及計(jì)算結(jié)果如表4和圖4所示。

由圖4和表4可以看出，SSM法生產(chǎn)胎面膠的磨耗體積量，較傳統(tǒng)法整體上有大幅度降低，與2.2.2中的實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符合。通過表4對比分析可以看出，SSM法工藝生產(chǎn)的胎面膠相比傳統(tǒng)法提升了約51%。

圖4 兩種工藝對比下的胎面膠磨耗體積

表4 胎面膠的阿克隆磨耗對比

3 結(jié) 語

通過對SSM法混煉工藝與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的胎面膠的磨耗性能進(jìn)行對比分析，驗(yàn)證了SSM法生產(chǎn)的胎面膠料的定伸應(yīng)力、斷裂伸長率均較優(yōu)。SSM法煉膠工藝生產(chǎn)的炭黑、白炭黑分散度優(yōu)，胎面膠料耐磨性有較大提升。成品輪胎的胎面穩(wěn)定性能得到提升，輪胎外觀及胎面整體的耐磨性能得到保證，提高了成品輪胎的市場競爭力。

TQ 336.1

B

1671-8232(2017)11-0045-05

趙富強(qiáng)（1982— ），男，河南洛陽人，四川大學(xué)在職碩士。

[責(zé)任編輯：朱 胤]

2016-12-07