礦用載重子午線輪胎胎面膠的配方優化

康坤紅

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

礦用載重輪胎的作業環境主要是礦山、采石場等，行駛路面多為混合路面，且行駛速度較快，從而導致輪胎生熱高，易出現冠空、肩空等病象[1-2]。此外，礦用載重輪胎工作環境十分惡劣，使用條件苛刻，在工作時胎面容易被尖利的礦石割傷、刺傷，使輪胎出現崩花掉塊的現象，從而縮短使用壽命，因此礦用載重輪胎要求具有優異的抗切割性能[3-5]和低生熱性能[6]。

本工作在現有配方的基礎上，對礦用載重輪胎胎面膠進行優化設計，以期降低輪胎生熱，提高胎面膠的抗切割性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國普吉宏曼麗（橡膠）有限公司產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1500E，中國石油蘭州石化公司產品；炭黑N134和N234，江西黑貓炭黑股份有限公司產品。

1.2 試驗配方

試驗配方如表1所示。

1.3 主要設備和儀器

C型3 L密煉機、F270型密煉機和F370型密煉機，美國法雷爾公司產品；LJ-150型開煉機，青島巨融機械技術有限公司產品；LP6000型平板硫化機，德國Mon Teck公司產品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；XHS型邵爾橡塑硬度計，營口市材料試驗機有限公司產品；T2000E型電子拉力機和Y3000E型壓縮生熱試驗機，北京友深電子儀器有限公司產品；EPH-50型橡膠回彈儀，英國Satra Hampden公司產品；GT-7012-D型DIN磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料分兩段進行混煉。一段混煉在3 L密煉機中進行，轉子轉速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠和除硫黃、促進劑和防焦劑外的小料→壓壓砣提壓砣→炭黑→壓壓砣→提壓砣（溫度115 ℃）→壓壓砣→排膠（溫度145 ℃）；二段混煉在LJ-150型開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進劑和防焦劑→薄通6次→打1個卷→下片。

大配合試驗膠料分3段進行混煉，每段混煉之間膠料停放時間為8～12 h。一段和二段混煉均在F370型密煉機中進行，一段混煉轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：生膠→氧化鋅、硬脂酸等小料→炭黑→排膠（溫度135 ℃）；二段混煉轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：加入一段混煉膠→排膠（溫度165 ℃）；三段混煉在F270型密煉機中進行，轉子轉速為25 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃、促進劑和防焦劑→排膠（溫度100 ℃）。

膠料在LP6000型平板硫化機上硫化，硫化條件為151 ℃×60 min。硫化膠在室溫下停放16～24 h后進行性能測試。

1.5 性能測試

各項性能均按照相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 小配合試驗

2.1.1 硫化特性

小配合試驗膠料硫化特性如表2所示。

從表2可以看出：與其余3個配方膠料相比，3#配方膠料的t5和Δt30最長，同時其t10，t50和t90最長，說明其加工安全性能較好。

表2 小配合試驗膠料的硫化特性

2.1.2 物理性能

小配合試驗膠料的物理性能如表3所示。

從表3可以看出：3#配方膠料的回彈值最大、壓縮疲勞溫升最低，說明該配方可以有效地降低輪胎在行駛過程中產生的熱量。1#—4#配方膠料的邵爾A型硬度和100%定伸應力均差別不大，3#和4#配方膠料的拉伸強度和拉斷伸長率差別不大，但3#配方膠料的撕裂強度最大、切割深度最小，磨耗量較小，說明該配方膠料的韌性好，抗切割性能和耐磨性能較好。

表3 小配合試驗膠料的物理性能

2.2 大配合試驗

大配合試驗膠料性能如表4所示。

從表4可以看出，1#—4#配方大配合試驗膠料的硫化特性和物理性能的變化趨勢與相應小配合試驗膠料基本一致。

表4 大配合試驗膠料性能

2.3 成品性能

2.3.1 耐久性能

以試驗配方試制12.00R20規格輪胎，按企業標準進行耐久性試驗，試驗條件如表5所示，結果如表6所示。

表5 成品輪胎的耐久性試驗條件

從表6可以看出，采用3#配方胎面膠生產的輪胎耐久性能最好。

表6 成品輪胎的耐久性能

2.3.2 實際道路測試

分別采用試驗配方膠料和生產配方膠料生產12.00R20規格輪胎進行實際道路測試，使用6個月后，胎面情況如圖1所示。

從圖1可以看出：使用6個月后，采用1#，2#和4#配方膠料生產的輪胎的胎面和肩部均有不同程度的割傷和啃傷，割口較多，剩余花紋深度平均為13.4 mm；采用3#配方膠料生產的輪胎胎面平整光滑，割口明顯減少，剩余花紋深度為15.2 mm，輪胎使用壽命明顯延長。

圖1 輪胎實際道路測試情況

3 結論

通過對礦用載重輪胎胎面膠配方體系中炭黑的種類和用量以及硫化體系和活化體系進行優化設計，優化后膠料的加工安全性能好，抗切割性能和耐磨性能明顯提高，同時有效地降低了膠料的生熱，成品輪胎的耐久性能提高，延長了使用壽命。