全鋼工程機械子午線輪胎胎面膠配方的優化

王曉雷，王 坤，張明香

[雙錢集團（新疆）昆侖輪胎有限公司，新疆 烏魯木齊 831400]

據統計，中國市場轎車輪胎子午化率已達100%，載重輪胎子午化率為70%～80%，而工程機械輪胎子午化率僅為4%左右，相比歐美國家50%～70%的工程機械輪胎子午化率，中國工程機械子午線輪胎擁有廣闊的市場前景[1-3]。工程機械子午線輪胎主要用于井下、礦山等惡劣路面環境下使用的鏟運車和自卸車[4-7]。由于路面條件苛刻、車輛載荷量大且連續作業等使用條件，因此要求工程機械子午線輪胎胎面膠具有良好的耐熱、耐疲勞、耐老化、抗切割和抗崩花掉塊性能[8-10]。

我公司于2019年年底成功開發了14.00R20全鋼工程機械子午線輪胎，經過2020年上半年的市場驗證，使用40 d后胎面崩花掉塊嚴重（見圖1），大大縮短了輪胎的使用壽命。本工作對全鋼工程機械子午線輪胎胎面膠的配方進行優化，通過增大丁苯橡膠（SBR）用量，減小天然橡膠（NR）用量，同時調整硫化體系，最終解決了胎面崩花掉塊問題，從而延長了輪胎的使用壽命。

圖1 使用40 d后的全鋼工程機械子午線輪胎胎面

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，STR20復合膠，市售工業品；SBR，牌號1500E，中國石油蘭州石化公司產品；炭黑N234和N326，新疆峻新化工有限公司產品；白炭黑，牌號975MP，無錫恒亨白炭黑有限公司產品；氧化鋅，新疆科庫金屬有限公司產品；芳烴油，新疆金雪馳科技股份有限公司產品。

1.2 配方

全鋼工程機械子午線輪胎胎面膠配方見表1。

表1 全鋼工程機械子午線輪胎胎面膠配方 份

1.3 主要設備和儀器

XK-150型開煉機，廣東湛江機械廠產品；F270型和F370型密煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產品；VSMV-100B型門尼粘度計，上海諾甲儀器儀表有限公司產品；MDR2000E型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；T2000型電子拉力機，美國英斯特朗公司產品；RH-2000型橡膠壓縮生熱試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

膠料混煉全部在XK-150型開煉機上進行?；鞜捁に嚍椋杭覰R復合膠和SBR破膠過輥→加氧化鋅、防老劑、樹脂等配合劑→加炭黑、白炭黑→下片→調整輥距→加硫黃和促進劑→下片停放。

1.4.2 大配合試驗

NR塑煉及膠料混煉均在F370型密煉機中進行，終煉在F270型密煉機中進行。密煉機三區溫控，密煉室、轉子和卸料門的溫度均為（25±4） ℃，F370型密煉機的壓砣壓力為0.6 MPa，F270型密煉機的壓砣壓力為0.4 MPa，混煉工藝如下。

（1）NR的塑煉：加NR復合膠（轉子轉速為55 r·min-1）→壓壓砣（80 s）→提壓砣（轉子轉速為27 r·min-1，保持35 s）→壓壓砣→排膠（172 ℃），停放2 h。

（2）一段混煉：加NR塑煉膠、SBR、炭黑、氧化鋅、防老劑和樹脂（轉子轉速為55 r·min-1）→壓壓砣（19 s）→提壓砣（保持5 s）→壓壓砣（150 ℃）→提壓砣（轉子轉速為20 r·min-1，保持30 s）→壓壓砣→排膠（生產配方和試驗配方膠料的排膠溫度分別為155和160 ℃），停放6 h。

（3）終煉：加一段混煉膠、普通硫黃和促進劑CBS（轉子轉速為37 r·min-1）→保持10 s→壓壓砣（40 s）→提壓砣（轉子轉速為32 r·min-1）→壓壓砣（50 s）→提壓砣（轉子轉速為15 r·min-1，保持10 s）→壓壓砣→排膠（120 ℃）。

1.5 性能測試

各項性能均按相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 小配合試驗

小配合試驗結果如表2和3所示。

表2 小配合試驗膠料的硫化特性（145 ℃）

表3 小配合試驗硫化膠的物理性能

從表2和3可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的Fmax減小，t90延長；硫化膠的定伸應力和拉伸強度減小，撕裂強度明顯增大。這主要是由于試驗配方中使用了更多的SBR，從而提高了硫化膠的抗撕裂性能。

2.2 大配合試驗

大配合試驗結果如表4和5所示。

表4 大配合試驗膠料的硫化特性

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能

從表4可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度減小，門尼焦燒時間延長。這主要是由于試驗配方中使用了芳烴油，且使用的軟化劑類物質較多，膠料的硫化特性與小配合試驗結果一致。

從表5可以看出，與生產配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的定伸應力和拉伸強度減小，撕裂強度明顯增大，壓縮生熱略高。這主要是由于試驗配方中SBR用量增大，因此硫化膠的生熱較高。

2.3 成品性能

采用試驗配方膠料生產50條14R22.5 KT701全鋼工程機械子午線輪胎進行路試。經跟蹤，試驗輪胎在使用70 d后，胎面磨面平整，無崩花掉塊現象，即使有切割的裂口，也沒有出現沿裂口撕裂膠料的現象（見圖2）。經后續跟蹤，試驗輪胎使用5個月后逐步因其他病象而損壞，胎面整體磨面平整，無崩花掉塊現象，說明試驗配方膠料的抗撕裂和抗刺扎性能明顯提高，滿足了市場對產品質量的要求。

圖2 使用70 d后的試驗配方全鋼工程機械子午線輪胎胎面

2.4 成本分析

根據2021年1月合成橡膠和NR價格，結合配方配合比例，試驗配方比生產配方的含膠率低，經計算，試驗配方膠料的成本比生產配方膠料低0.4元·kg-1，每月可為公司節約成本約40萬元。

3 結論

對全鋼工程機械子午線輪胎胎面膠的配方進行優化，通過增大SBR用量，減小NR用量，同時調整硫化體系，提高了膠料的抗撕裂性能，使成品輪胎在使用過程中不容易被石子等割傷胎面，從而延長了輪胎的使用壽命。