航空子午線輪胎帶束層膠料與纖維簾線粘合性能研究

吳洪全，臧云紅，王超群，常愛修

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

隨著社會經(jīng)濟水平發(fā)展和人們物質(zhì)生活水平提高，我國航空產(chǎn)業(yè)得以迅速發(fā)展，人們的出行越來越便利。航空輪胎作為飛機的必要組件，是飛機與地面接觸的唯一部件，承擔(dān)著飛機安全起飛、滑行、降落的重要任務(wù)，其安全性一直備受關(guān)注。跟隨技術(shù)進步，如今航空輪胎逐步從斜交結(jié)構(gòu)向更安全、高速的子午線結(jié)構(gòu)發(fā)展[1-3]。芳綸簾線以其高模量、高強度、耐疲勞性能好、質(zhì)量小等優(yōu)點得到越來越多的關(guān)注和應(yīng)用，正逐漸替代錦綸簾線成為航空輪胎帶束層常用的骨架材料[4-10]，而其與帶束層膠料的粘合性能研究也從未止步[11]。

由于芳綸纖維的表面缺少活性官能團和常用的間位、對位芳酰胺，芳綸纖維沿軸向高度取向結(jié)晶及苯環(huán)空間結(jié)構(gòu)位阻，使得芳綸纖維與橡膠表面的粘合變得極為困難[12]。目前芳綸簾線與膠料粘合性能的改善主要有以下3個方面：一是通過對芳綸纖維表面基團活化、接枝改性等手段提高其表面基團活性；二是對芳綸簾線進行浸漬處理，引入連接芳綸纖維與橡膠的“橋梁”，常用的是間苯二酚-甲醛膠乳溶液浸膠處理；三是對膠料配方組分進行調(diào)整，類似提高鋼絲簾線與膠料的粘合機理，在配方中使用間苯二酚、甲基（亞甲基）給予體、白炭黑等材料，組成間-甲或間-甲-白粘合體系，提高芳綸簾線與膠料的粘合力[13]。

本工作從配方設(shè)計角度探討航空子午線輪胎帶束層膠料與錦綸/芳綸復(fù)合簾線和芳綸簾線的粘合性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），RSS3，泰國產(chǎn)品；1890dtex/1錦綸/1670dtex/2芳綸復(fù)合簾線（簡稱復(fù)合簾線），山東海龍博萊特化纖有限責(zé)任公司產(chǎn)品；3000dtex/3芳綸簾線（簡稱芳綸簾線），常州高遠化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N326，山西永東化工股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N375，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；白炭黑975，山東聯(lián)科新材料股份有限公司產(chǎn)品；間苯二酚-甲醛樹脂，牌號SL3020，彤程新材料集團股份有限公司產(chǎn)品；不溶性硫黃HDOT20，伊士曼化工有限公司產(chǎn)品；粘合劑RA-65，常州曙光化工廠產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

為保證膠料強伸性能、耐疲勞性能以及綜合性能，配方設(shè)計采用全煙片膠體系。

配方A：NR 100，炭黑N326＋炭黑N375 48，白炭黑 8，氧化鋅 5，硬脂酸 2，分散及增粘助劑 7，間苯二酚-甲醛樹脂及粘合劑 6，防老劑 3，不溶性硫黃及促進劑 4.4。

配方B：NR 100，炭黑N375 46，氧化鋅4.5，硬脂酸 2，間苯二酚-甲醛樹脂及粘合劑6，防老劑 3，不溶性硫黃及促進劑 4。

1.3 主要設(shè)備和儀器

BB-L1600IM型密煉機和BB430型密煉機，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；XM270型密煉機，大連橡膠塑料機械有限公司產(chǎn)品；XKR-150型開煉機，廣東湛江機械廠產(chǎn)品；MDR2000E型硫化儀和MV2000型門尼儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；Instron-5966型電子拉力機，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；電熱平板硫化機，湖州東方機械有限公司產(chǎn)品；401B型老化試驗箱，江都試驗機械廠產(chǎn)品；回彈性測試儀，意大利GIBITRE公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗?zāi)z料分2段在BB-L1600IM型密煉機中混煉。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為90 r·min-1，混煉工藝為：生膠、炭黑→氧化鋅、硬脂酸、防老劑及間苯二酚-甲醛樹脂等小料→排膠（145～155 ℃）；一段混煉膠停放8 h后進行二段混煉，二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→不溶性硫黃、粘合劑和促進劑→排膠（95～105 ℃）。膠料在XKR-150型開煉機上下片。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗?zāi)z料分3段混煉。一段混煉在BB430型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為47 r·min-1，加料順序為生膠→部分炭黑和氧化鋅、硬脂酸等→排膠（150～160 ℃）；二段混煉在BB430型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，加料順序為一段混煉膠→剩余炭黑、間苯二酚-甲醛樹脂→排膠（140～150 ℃）；三段混煉在XM270型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，加料順序為二段混煉膠→不溶性硫黃、粘合劑和促進劑→排膠（95～105 ℃）。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按照相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗

小配合試驗?zāi)z料的硫化特性如表1所示。

表1 小配合試驗?zāi)z料的硫化特性（151 °C）

由表1可以看出，與配方B膠料相比，配方A膠料的t10和t90較短，硫化速度較快。

小配合試驗硫化膠的物理性能如表2所示。

由表2可以看出，與配方B硫化膠相比，配方A硫化膠中炭黑和白炭黑用量較大，其密度和硬度略大，而定伸應(yīng)力和拉伸強度略小。

表2 小配合試驗硫化膠的物理性能

小配合試驗?zāi)z料的粘合性能（H抽出力）如表3所示。

表3 小配合試驗?zāi)z料的粘合性能（H抽出力） N

由表3可以看出，與配方B膠料相比，配方A膠料由于采用了間-甲-白粘合體系，與芳綸簾線有較高的粘合強度。這是由于在間-甲-白粘合體系中，亞甲基給予體與亞甲基接受體在硫化溫度下反應(yīng)生成了可在纖維與橡膠之間起到“橋接”作用的酚醛樹脂粘合劑，分別與纖維表面的羥基和羧酸基等反應(yīng)并與橡膠產(chǎn)生交聯(lián)；同時具有硅羥基的白炭黑則在反應(yīng)中起到了活化作用，又調(diào)節(jié)了粘合反應(yīng)速度和硫化速度，使芳綸簾線與橡膠的粘合水平加強。配方B膠料采用無白炭黑的間-甲粘合體系，更適合應(yīng)用于錦綸/芳綸復(fù)合簾線。在實際生產(chǎn)時可根據(jù)簾線類型選用不同的配方。

2.2 大配合試驗

大配合試驗?zāi)z料的硫化特性如表4所示。

由表4可以看出：大配合試驗與小配合試驗?zāi)z料的硫化特性變化基本一致；與小配合試驗?zāi)z料相比，大配合試驗?zāi)z料的門尼焦燒時間略長，t10稍短。

表4 大配合試驗?zāi)z料的硫化特性（151 °C）

大配合試驗硫化膠的物理性能如表5所示。

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能

由表5可以看出：大配合試驗與小配合試驗硫化膠的物理性能變化基本一致；與小配合試驗?zāi)z料相比，配方A硫化膠的硬度和拉伸強度稍小，拉斷伸長率較大；老化后的定伸應(yīng)力較小，拉伸強度降幅較小，拉斷伸長率較大，配方B硫化膠的密度和定伸應(yīng)力略小，老化后的硬度偏小，其他性能相當(dāng)。

大配合試驗?zāi)z料的粘合性能（H抽出力）如表6所示。

由表6可以看出：大配合試驗與小配合試驗?zāi)z料的粘合性能變化基本一致；配方A膠料老化前后與芳綸簾線的粘合力均明顯大于與復(fù)合簾線的粘合力；配方B膠料老化前后與復(fù)合簾線的粘合力均明顯大于與芳綸簾線的粘合力。

表6 大配合試驗?zāi)z料的粘合性能（H抽出力） N

2.3 配方工藝性能及成品測試

大配合試驗?zāi)z料擠出表面外觀較好，終煉膠門尼粘度為62～68。

半成品采用配方A膠料搭配芳綸簾線制備帶束保護層，采用配方B膠料搭配錦綸/芳綸復(fù)合簾線制備0°帶束層，其制備過程順利，簾布覆膠較好，表面粘性適中，滿足工藝要求。

采用半成品試制某型號輪胎，成型及硫化過程正常，輪胎水壓爆破超過設(shè)計值4倍，通過GB/T 9747—2008《航空輪胎試驗方法》中的有關(guān)試驗，達到產(chǎn)品設(shè)計要求。

3 結(jié)論

間-甲-白粘合體系可使膠料在保持較大定伸應(yīng)力和拉伸強度的同時提高芳綸簾線與膠料的粘合性能，此外間-甲粘合體系也可使錦綸/芳綸復(fù)合簾線與膠料有較好的粘合性能。粘合體系的發(fā)展使芳綸簾線在高性能要求的航空輪胎中應(yīng)用成為可能，在航空輪胎從斜交結(jié)構(gòu)向子午線結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮出推動作用。

致謝：魏愛龍先生對本文提出了寶貴的意見，在此深表感謝。