國產高性能天然橡膠在航空輪胎胎面膠中的應用

周寶珍，孫 濤，劉 峰，邢 濤，王俊英，王書磊，王振玲，陳少梅，陳雪梅

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠 265400）

航空輪胎作為飛機與地面直接接觸的部件，向跑道傳遞制動力，為轉向提供側向力，緩沖飛機起飛、降落和滑行時產生的震動和沖擊力，輔助飛機在地面上滑行，具有負荷大、速度高、下沉量大、變形大、充氣壓力高等特點，因此航空輪胎必須具有優異的抗沖擊、抗刺扎、抗撕裂、耐磨和耐高溫等性能，這就要求膠料具有較高的定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率和較低的生熱等，以使其能夠承受飛機高速起飛產生的強大離心力和著陸瞬間巨大沖擊力的要求[1-2]。

由于航空輪胎苛刻的使用條件，對航空輪胎使用的原材料各項指標有嚴格的要求。天然橡膠（NR）因具有綜合加工性能優異、拉伸強度高、半成品粘性好以及與合成橡膠相容性好的特點而得到廣泛應用[3-4]，是制造航空輪胎的主要原材料。由于受地理環境以及加工技術等因素的影響，國產NR的性能與進口NR存在較大差異，我國航空輪胎用高端NR長期依賴進口[5-7]。本工作研究國產高性能NR替代泰國進口NR煙膠片在航空輪胎胎面膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，1#煙膠片，泰國進口產品；高性能NR（煙膠片），中國熱帶農業科學研究院橡膠研究所產品；炭黑N234，上海卡博特化工有限公司產品。

1.2 配方

正常生產配方：NR（泰國） 100，炭黑N234 46，氧化鋅 3，硬脂酸 3，硫黃和促進劑 2.4，其他 7.5。

試驗配方：以國產高性能NR等量替代泰國進口NR，其余組分及用量均同正常生產配方。

1.3 主要設備和儀器

GKl.5N型密煉機，德國克虜伯公司產品；Ф160 mm×320 mm開煉機，煙臺橡膠機械廠產品；MDR2000型無轉子硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產品；P-200-2PCD型平板硫化機，中國臺灣磐石油壓工業股份有限公司產品；DKD-K-1680l型自動硬度計，德國Bareiss公司產品；CMT-4503型電子拉力試驗機，深圳新三思材料檢測有限公司產品；EPLEXOR500N型動態粘彈譜分析儀，德國GABO公司產品；5109型彈性試驗儀，德國Zwick/Roell公司產品；401A型熱老化試驗箱，江蘇新真威試驗機械有限公司產品；GT-7012-D型磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝混煉。一段混煉在GKl.5N型密煉機中進行，轉子轉速為60 r·min-1，混煉工藝為：生膠→炭黑→小料→排膠（160 ℃）；二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→下片。

膠料停放至少8 h后在平板硫化機上進行硫化，條件為151 ℃×30 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按照相應國家標準測試。

2 結果與討論

2.1 NR理化性能分析

國產高性能NR和泰國進口NR的理化性能對比如表1所示。

表1 國產高性能NR和泰國進口NR的理化性能對比

從表1可以看出：國產高性能NR的各項理化性能滿足GB/T 8089—2007要求；與泰國進口NR相比，國產高性能NR的雜質含量、塑性初值、門尼粘度和含膠率相當，塑性保持率降低了6%，氮質量分數減小了36%，揮發分質量分數減小了65%，灰分質量分數減小了24%，拉伸強度和拉斷伸長率略有提高。

2.2 門尼粘度和硫化特性

表2示出了正常生產配方和試驗配方膠料的門尼粘度和硫化特性。從表2可以看出：與正常生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼焦燒時間縮短了5%，t10，t30，t60，t90－t10和ts2縮短了6%～11%，說明膠料的硫化速度加快；門尼粘度降低了7%，說明膠料的粘度降低；Fmax和Fmax－FL略有降低，說明膠料的交聯密度和模量下降，但差異均在5%范圍內。

表2 正常生產配方和試驗配方膠料的門尼粘度和硫化特性

2.3 物理性能

表3示出了正常生產配方和試驗配方膠料的物理性能。從表3可以看出，與正常生產配方膠料相比，試驗配方膠料的100%定伸應力和300%定伸應力分別降低了5.4%和8.1%，拉伸強度和拉斷伸長率分別提高了6.7%和7.1%，撕裂強度提高了12%，高溫回彈值基本不變，DIN磨耗指數下降了14%，阿克隆磨耗量增大了17%。試驗配方膠料的強伸性能略有提高，抗撕裂性能提高，但定伸應力降低，耐磨性能下降（實際耐磨性能需要后續試制成品輪胎進行路試驗證）。

表3 正常生產配方和試驗配方膠料的物理性能

從表3還可以看出，老化后試驗配方膠料的100%定伸應力和300%定伸應力顯著提高，拉伸強度和拉斷伸長率略有降低，DIN磨耗指數和抗切割指數減小，耐老化性能略差。

2.4 動態生熱分析

膠料的損耗因子（tanδ）-溫度曲線如圖1所示。從圖1可以看出，試驗配方膠料的動態生熱水平與正常生產配方膠料相當，這與高溫回彈值的測試結果一致。

圖1 膠料的tan δ-溫度曲線

試驗配方膠料的綜合性能良好，可以用來試制成品輪胎進行驗證。

3 結論

（1）國產高性能NR的各項理化性能滿足GB/T 8089—2007要求。

（2）在航空輪胎胎面膠配方中以國產高性能NR等量替代泰國進口NR，膠料的門尼粘度降低，焦燒時間縮短，硫化速度加快，拉伸強度和拉斷伸長率有提高，耐老化性能稍差，動態生熱水平相當，試驗配方膠料的綜合性能良好。