18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠的開發(fā)

劉 娟，高 利，許新安

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

堆高機(jī)、正面吊以及龍門吊等港口環(huán)境作業(yè)車輛用工程機(jī)械輪胎因承載高負(fù)荷及原地頻繁扭轉(zhuǎn)等原因，對胎面膠剛性、生熱和耐磨性能的要求非常高[1-2]，尤其是18.00R25以上規(guī)格港口專用工程機(jī)械輪胎的使用壽命一直是困擾工程機(jī)械子午線輪胎企業(yè)的技術(shù)難題。

為延長我公司18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎的使用壽命，提高胎面膠的性能，本工作對國外知名品牌18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎進(jìn)行胎面膠組成分析和物理性能測試，確定所開發(fā)胎面膠配方的目標(biāo)值，并按此目標(biāo)值完成配方初期開發(fā)，后續(xù)對該規(guī)格輪胎的低溫硫化工藝進(jìn)行優(yōu)化，使采用新胎面膠配方和優(yōu)化硫化工藝條件的18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎達(dá)到競品輪胎水平。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國進(jìn)口產(chǎn)品；炭黑N234和N220，卡博特化工（天津）有限公司產(chǎn)品；白炭黑，索爾維精細(xì)化工添加劑（青島）有限公司產(chǎn)品；辛基增粘樹脂SL1801，華奇（中國）化工有限公司產(chǎn)品；硫黃，榮成市崖頭新莊化工廠產(chǎn)品。

1.2 生產(chǎn)配方

NR 100，炭黑N220 40，白炭黑 15，氧化鋅 4，硬脂酸 3，辛基增粘樹脂 3，防護(hù)蠟1.5，防焦劑CTP 0.3，防老劑4020 2，防老劑RD 0.5，硫黃 1.2，促進(jìn)劑TBBS 1.1。

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；GK400型和GK255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型400×400×2平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；Roell Z010型拉力機(jī)，德國Zwick公司產(chǎn)品；EPLEXOR 500N型動(dòng)態(tài)粘彈譜分析（DMA）儀，德國GABO公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料采用四段混煉工藝混煉，一至三段混煉采用GK400型密煉機(jī)，終煉膠混煉使用GK255型密煉機(jī)。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：加入橡膠、70%的炭黑、白炭黑、氧化鋅、硬脂酸、增粘樹脂、防護(hù)蠟和防老劑混煉至135 ℃，提壓砣，繼續(xù)混煉至155 ℃，排膠；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，混煉工藝為：加入一段混煉膠、30%的炭黑混煉至130 ℃，提壓砣，繼續(xù)混煉至155℃，排膠；三段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：加入二段混煉膠混煉至120 ℃，提壓砣，繼續(xù)混煉至150 ℃，排膠；終煉膠混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝為：加入三段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑和防焦劑，混煉30 s，提壓砣，然后繼續(xù)混煉35 s，提壓砣，繼續(xù)混煉至105 ℃，排膠，總混煉時(shí)間約為150 s。

1.5 測試分析

各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 競品剖析及配方研發(fā)

競品18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠配方組分及所開發(fā)配方目標(biāo)值見表1。競品18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠的物理性能及所開發(fā)配方目標(biāo)值見表2。

表1 競品18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠配方組分及所開發(fā)配方目標(biāo)值 份

表2 競品18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠的物理性能及所開發(fā)配方目標(biāo)值

由表1和2可知，競品輪胎胎面膠配方生膠體系采用全NR，補(bǔ)強(qiáng)體系采用炭黑＋白炭黑，膠料具有很高的拉伸強(qiáng)度和中等拉斷伸長率。

通過大配合試驗(yàn)優(yōu)選出開發(fā)配方為：NR 100，炭黑N234 45，白炭黑 8，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，辛基增粘樹脂 1，防護(hù)蠟 1.5，防老劑4020 1，防老劑RD 0.5，防焦劑CTP 0.3，硫黃 1.4，促進(jìn)劑TBBS 1.4，促進(jìn)劑DPG-80 0.3。

開發(fā)配方與生產(chǎn)配方胎面膠的硫化特性和物理性能對比見表3。

表3 開發(fā)配方與生產(chǎn)配方胎面膠的硫化特性和物理性能對比

從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，開發(fā)配方膠料的t10延長，t90縮短；邵爾A型硬度、100%，300%和500%定伸應(yīng)力及拉伸強(qiáng)度均有所提升，壓縮疲勞溫升降低，但60 ℃下的損耗因子增大。

3 硫化工藝優(yōu)化

為進(jìn)一步降低開發(fā)配方膠料的生熱，并提高其強(qiáng)度和模量，對18.00R25港口輪胎的硫化工藝進(jìn)行優(yōu)化[3]，具體為：將硫化外溫蒸汽溫度由143℃降至135 ℃；硫化工序排壓點(diǎn)統(tǒng)一按氣泡點(diǎn)時(shí)間的1.2倍取值，優(yōu)化后氣泡點(diǎn)時(shí)間延長了38 min，相應(yīng)總硫化時(shí)間延長了45 min；胎面最底層膠料過硫化程度降低約27%。

4 成品輪胎胎面膠物理性能

采用開發(fā)配方胎面膠試制18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎，對其胎面膠物理性能進(jìn)行測試，并與生產(chǎn)輪胎進(jìn)行對比，結(jié)果見表4。

從表4可以看出：與生產(chǎn)輪胎相比，開發(fā)配方＋原硫化工藝輪胎胎面膠的邵爾A型硬度、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度均提高；開發(fā)配方＋優(yōu)化硫化工藝輪胎胎面膠的邵爾A型硬度、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度均進(jìn)一步提高，且60 ℃下?lián)p耗因子明顯減小，各項(xiàng)性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)值，與競品輪胎水平相當(dāng)。

表4 開發(fā)配方輪胎和生產(chǎn)配方輪胎胎面膠物理性能對比

5 結(jié)論

（1）對競品18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎進(jìn)行胎面膠物理性能和化學(xué)組分剖析，并通過分析數(shù)據(jù)確定開發(fā)配方的目標(biāo)值。

（2）采用參照競品輪胎開發(fā)的胎面膠配方，并對輪胎的硫化工藝進(jìn)行優(yōu)化，可使18.00R25港口專用工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠的物理性能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)值，與競品輪胎水平相當(dāng)。