新型抗硫化返原劑HTR在全鋼工程機械子午線輪胎胎面膠中的應用

李劍波，王文博，杜孟成，李慶朝

（國家橡膠助劑工程技術研究中心，山東 陽谷 252300）

工程機械輪胎主要用于露天礦場和筑路工地等惡劣的路面環境下使用的裝卸車。由于車輛載荷大，且連續作業，輪胎因受熱容易產生膠料硫化返原和機械破壞現象，這就要求工程機械輪胎胎面膠具有良好的耐熱、抗切割和抗崩花掉塊性能。

工程機械輪胎胎面膠的主體材料是天然橡膠（NR）和丁苯橡膠（SBR），硫化體系一般采用高硫低促的有效硫化體系，其特點是多硫鍵含量大而單硫鍵和雙硫鍵含量小，多硫鍵容易斷裂造成膠料交聯網絡破壞即交聯密度減小，從而導致膠料的物理性能和動態性能下降，進而影響輪胎性能和使用壽命，這種現象被稱為膠料硫化返原。

為解決膠料硫化返原這一難題，橡膠行業科技工作者進行了大量的研究工作，除了選擇合適的橡膠及優化配方和工藝外，還進行了抗硫化返原劑的開發。市場上的抗硫化返原劑有鋅皂類的Struktol AKT73、檸糠酰亞胺類的PK900、后硫化穩定劑HTS及多功能交聯劑KA9188，這些抗硫化返原劑的應用使膠料的硫化返原問題得到了很大改善[1-2]。

山東陽谷華泰化工股份有限公司多年來致力于解決膠料硫化返原問題，相繼開發出一系列抗硫化返原劑。新型抗硫化返原劑HTR的分子結構中含有馬來酰亞胺和六亞甲基鏈，其中馬來酰亞胺含有不飽和雙鍵，類似于硫化劑HVA-2（PDM）和抗硫化返原劑PK900，在膠料硫化返原時可以與斷裂的橡膠分子鏈形成碳-碳交聯鍵進行“補償”，阻止了膠料交聯密度的降低；六亞甲基鏈類似于后硫化穩定劑HTS和多功能交聯劑KA9188，使橡膠交聯的分子鏈具有柔韌性，可以降低動態生熱，從而使膠料具有較低的生熱和良好的抗硫化返原性能[3-4]。

本工作研究新型抗硫化返原劑HTR在全鋼工程機械子午線輪胎胎面膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰國產品；SBR，牌號1500，中國石化齊魯石化橡膠廠產品；炭黑N330，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；抗硫化返原劑HTR，山東陽谷華泰化工股份有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：NR 90，SBR 10，炭黑N330 45，硫黃 3，促進劑CBS 0.8，其他 20。

試驗配方：添加2份抗硫化返原劑HTR，其余均同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

X（S）M-1.5X（0～100）型智能實驗密煉機，青島科高橡塑機械有限公司產品；GK400N型和GK255N型密煉機，德國克虜伯公司產品；SK-160型開煉機和QLB-50D/K型平板硫化機，無錫市第一橡塑機械設備廠產品；AGS-5KNJ型電子拉力試驗機，日本島津（蘇州）有限公司產品；GT-7012-A型阿克隆磨耗機和GT-7017-M型熱老化試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；MV2000型門尼粘度儀和MDR200型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；GD-8000型橡膠壓縮生熱試驗機，東莞市高達儀器有限公司產品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉在智能實驗密煉機中進行，轉子轉速為55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→提壓砣/壓壓砣→炭黑、小料→提壓砣/壓壓砣→排膠；二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進劑、抗硫化返原劑HTR→充分混煉均勻后下片。

大配合試驗膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉在GK400N型密煉機中進行，轉子轉速為45 r·min-1，壓砣壓力為18 MPa，混煉工藝為：生膠→提壓砣/壓壓砣→炭黑、小料→提壓砣/壓壓砣→排膠（150～160 ℃）；二段混煉在GK255N型密煉機中進行，轉子轉速為35 r·min-1，壓砣壓力為18 MPa，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進劑、抗硫化返原劑HTR→提壓砣/壓壓砣→提壓砣/壓壓砣→排膠（100～110 ℃）。

1.5 性能測試

各項性能均按照相應的國家或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

抗硫化返原劑HTR的理化分析結果見表1。

從表1可以看出，抗硫化返原劑HTR的各項理化性能均符合企業標準要求。

表1 抗硫化返原劑HTR的理化分析結果

2.2 小配合試驗

小配合試驗膠料的硫化特性見表2，其中R95為硫化曲線達到峰值后下降至95%的Fmax時對應的時間，時間越長，抗硫化返原性能越好。

表2 小配合試驗膠料的硫化特性

從表2可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度、門尼焦燒時間和硫化特性變化不大，說明在不改變現有配方的基礎上可以直接添加抗硫化返原劑HTR；試驗配方膠料的R95明顯延長，說明抗硫化返原劑HTR可以提高膠料的抗硫化返原性能。

小配合試驗硫化膠的物理性能見表3。

從表3可以看出，與生產配方硫化膠相比，老化前試驗配方硫化膠的物理性能基本一致，老化后試驗配方硫化膠的拉伸強度、撕裂強度和回彈值增大，而阿克隆磨耗量減小，生熱降低，說明抗硫化返原劑HTR在膠料硫化返原前基本上是惰性，硫化返原一旦產生，它就會與破壞的橡膠大分子鏈形成碳-碳交聯鍵，對破壞的橡膠鏈進行補償，提高或保持膠料的交聯鍵數量或交聯密度，分子結構中的亞甲基鏈使橡膠分子具有優異的柔韌性，使膠料具有良好的耐熱老化性能，從而提高膠料的抗硫化返原性能，延長使用壽命。

表3 小配合試驗硫化膠的物理性能

2.3 大配合試驗

為進一步研究抗硫化返原劑HTR的應用效果，進行了大配合試驗，結果見表4和5。

從表4和5可以看出，大配合試驗結果與小配合試驗結果基本一致。

表4 大配合試驗膠料的硫化特性

2.4 成品試驗

采用試驗配方膠料制備20.5R25☆☆E-3全鋼工程機械子午線輪胎，并按照GB/T 30193—2013進行耐久性試驗。當輪胎行駛47 h后不改變試驗條件繼續進行試驗，直至輪胎損壞為止，試驗條件和結果見表6。

從表6可以看出，試驗輪胎和生產輪胎的耐久性能良好，均符合國家標準要求，其中試驗輪胎的耐久性能更優。

表6 成品輪胎的耐久性試驗條件和結果

3 結論

在全鋼工程機械子午線輪胎胎面膠中直接加入2份抗硫化返原劑HTR，無需改變現有配方，即可提高膠料的抗硫化返原性能，增大硫化膠熱老化后的拉伸強度、撕裂強度和回彈值，提高耐磨性能，降低生熱，提高成品輪胎的耐久性能，從而延長輪胎的使用壽命。

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能