高耐磨、耐刺扎型礦用工程子午胎胎面膠

1、高耐磨、耐刺扎型礦用工程子午胎胎面膠孫寶興，董秀玲，劉華，劉亮亮，花迎春（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）摘要：優(yōu)化胎面膠配方提高礦用工程子午胎的耐磨性和耐刺扎性。結(jié)果表明：增加填充劑用量，采用抗撕裂樹(shù)脂TYC0500與DCPD，對(duì)膠料配方的補(bǔ)強(qiáng)填充體系進(jìn)行調(diào)整，與正常配方進(jìn)行對(duì)比，試驗(yàn)?zāi)z料的綜合物理性能優(yōu)于正常膠料，并且膠料的耐磨性能和抗撕裂性能明顯得以改善，單位磨耗可提高20%。關(guān)鍵詞：胎面膠；礦用工程子午胎；耐磨性能；抗撕裂性能 輪胎的胎面是直接與地面接觸摩擦,并通過(guò)胎面把路面的沖擊力、摩擦生熱傳遞到整個(gè)輪胎，因此胎面膠應(yīng)具有耐磨、耐刺扎、耐撕裂、抗沖擊等性能。工程機(jī)械輪

2、胎作業(yè)環(huán)境比較苛刻，要求輪胎胎面膠具有優(yōu)異的耐磨和耐刺扎性能，國(guó)內(nèi)多數(shù)輪胎公司多采用全天然橡膠或天然橡膠與丁苯橡膠并用體系，本論文在礦用工程子午胎胎面膠配方中采用全丁苯橡膠為主,加大填充體系用量來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以提高輪胎的耐磨和耐刺扎性能。由于工程子午輪胎屬于厚制品，硫化時(shí)間長(zhǎng)，因此胎面過(guò)硫嚴(yán)重，而丁苯橡膠硫化曲線平坦，具有良好的抗硫化返原性能；并且丁苯橡膠耐磨性能、耐起始龜裂性能、耐熱老化性能均好于天然橡膠；而工程胎一般使用條件苛刻，使用時(shí)間較長(zhǎng)，具有上述優(yōu)點(diǎn)的丁苯膠可以滿(mǎn)足工程胎的使用要求。但丁苯膠本身受分子結(jié)構(gòu)的影響，具有生膠和硫化膠強(qiáng)度低，加工生熱高，滯后損失大，工藝粘著性差、硫化活性

3、低、熱出模性能差等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)限制了丁苯膠在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用。本論文在礦用工程子午胎胎面膠的配方設(shè)計(jì)方面著重提高輪胎的耐磨及耐刺扎性能，在膠種的選擇上，采用100%丁苯膠；填料選擇高填充量的N220炭黑；硫化體系采用具有優(yōu)異抗疲勞性能的半有效硫化體系。1 實(shí)驗(yàn)1.1 主要原材料丁苯橡膠（SBR1502），齊魯石化產(chǎn)品；炭黑N220，卡博特公司產(chǎn)品；抗撕裂樹(shù)脂TYC0500，彤悅化工產(chǎn)品；樹(shù)脂DCPD，德國(guó)呂特格公司產(chǎn)品；其它均為公司常用原材料。1.2 試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方：SBR1502 100，炭黑N220 55，環(huán)保油595B 12，硫磺 和促進(jìn)劑DM、NS 3.2，其它 17.2。1#試驗(yàn)

4、配方：SBR1502 100，炭黑N220 62，環(huán)保油595B 12，抗撕裂樹(shù)脂TYC0500、DCPD 7，硫磺 和促進(jìn)劑DM、NS 3.7其它 12.2。2#試驗(yàn)配方：SBR1502 100，炭黑N220 67，環(huán)保油595B 14，抗撕裂樹(shù)脂TYC0500、DCPD 7，硫磺 和促進(jìn)劑DM、NS 3.4其它 12.2。1.3 主要設(shè)備和儀器XK-160型開(kāi)煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；1.5L密煉機(jī)，德國(guó)Krupp corp公司產(chǎn)品；GK400、GK255型密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XLB-Q400×400×2型平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品； IN

5、STRON 3367Q8137型拉力試驗(yàn)機(jī)，USA產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；GT-7080-S2型門(mén)尼粘度計(jì)，高鐵儀器有限公司產(chǎn)品；GT-AI-7000M型拉力機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；ZHX-13型DIN磨耗機(jī)，中國(guó)杭州西湖臺(tái)鉆有限公司。1.4 試樣制備1.4.1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料采用兩段混煉工藝，一段混煉母膠在1.5L密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：生膠 壓栓30s，提栓 小料、炭黑 兩次壓栓，共4min 排膠；二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉母膠硫磺和促進(jìn)劑搗膠下片。1.4.2 大配合試驗(yàn)?zāi)z料在密煉機(jī)中采用三段混煉工藝進(jìn)行混煉，一段混煉母膠在GK4

6、00型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料、炭黑 壓栓30s，提栓 壓栓40s 提栓 壓栓 提栓 排膠（155160）；二段混煉母膠在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉母膠 壓栓30s，提栓 壓栓30s 提栓 壓栓 提栓 排膠（145150）；終煉膠在GK255型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25r·min-1，混煉工藝為：二段混煉母膠、硫磺、促進(jìn)劑 壓栓40s，提栓 壓栓30s 提栓 壓栓 提栓 排膠（95100）。1.5 性能測(cè)試各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。2 結(jié)果與討論2.1 小配合試驗(yàn)小配合試驗(yàn)的硫化特性和物理性能結(jié)果如表1

7、所示。表1 小配合試驗(yàn)結(jié)果項(xiàng)目1#試驗(yàn)配方2#試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方硫化儀數(shù)據(jù)（150×60min）ML/（dN·m）M60/（dN·m）7.627.7547.23 7.38 33.98MH/（dN·m）33.2034.10 32.47t10/min5.956.10 5.86t10/min門(mén)尼粘度 ML(1+4)100門(mén)尼焦燒時(shí)間 t5(121)/min 硫化膠性能（150×60min）18.1350.742.1818.2050.942.8518.3650.0 41.72邵爾A型硬度/度646960300定伸應(yīng)力/MPa8.27.87.2拉伸強(qiáng)度/M

8、Pa19.419019.6拉斷伸長(zhǎng)率/MPa576589592拉斷永久變形/202020撕裂強(qiáng)度/（KN.m-1）DIN體積磨耗量/mm3磨耗指數(shù)/%490.14699 55 0.10513842 0.16886100×48 h老化后邵爾A型硬度/度7074 66300定伸應(yīng)力/MPa12.713.5 11.8拉伸強(qiáng)度/MPa18.1 18.6 18.8拉斷伸長(zhǎng)率/MPa385 410 412拉斷永久變形/18 18 18注：1.磨耗指數(shù)=參照膠的體積損失值/試驗(yàn)?zāi)z的體積損失值×100 2.參照膠的體積損失值按0.145mm3計(jì)算從表1可以看出，與生產(chǎn)配方相比：（1）試驗(yàn)配

9、方膠料的硬度、定伸應(yīng)力增加，可提高胎面膠的剛性。（2）試驗(yàn)配方膠料的撕裂強(qiáng)度增加，可提高膠料的耐切割、耐刺扎性能。（3）試驗(yàn)配方膠料的DIN體積磨耗量降低，磨耗指數(shù)增加，膠料的耐磨性能增加。（4）2#試驗(yàn)配方的撕裂強(qiáng)度更高；DIN體積磨耗量更低，磨耗指數(shù)更高?？梢?jiàn)，試驗(yàn)?zāi)z料的綜合物理性能優(yōu)于正常膠料。2.2 大配合試驗(yàn)根據(jù)小配合試驗(yàn)結(jié)果，選用2#試驗(yàn)配方進(jìn)行大配合試驗(yàn)。大配合試驗(yàn)的硫化特性和物理性能結(jié)果如表2所示。表2 大配合試驗(yàn)結(jié)果項(xiàng) 目試驗(yàn)配方生產(chǎn)配方硫變儀數(shù)據(jù)（150）ML/（dN·m）7.687.39MH/（dN·m）34.15 33.17t10/min6.12 5

10、.90t90/min門(mén)尼粘度 ML(1+4)100門(mén)尼焦燒時(shí)間 t5(121)/min 18.195142.88 18.284941.80硫化時(shí)間（150），min406090406090邵爾A型硬度/度 68 6869 61 62 63300定伸應(yīng)力/MPa 7.5 7.78.1 7.2 7.5 7.8拉伸強(qiáng)度/MPa 19.9 20.019.8 20.4 20.620.0拉斷伸長(zhǎng)率/MPa588590592591594593拉斷永久變形/202020202020撕裂強(qiáng)度/（KN.m-1）DIN體積磨耗量/mm3磨耗指數(shù)/%-56 0.103141- 420.16886-100×4

11、8 h老化后邵爾A型硬度/度74-66-300定伸應(yīng)力/MPa 13.3- 12.0-拉伸強(qiáng)度/MPa19.119.2-拉斷伸長(zhǎng)率/MPa410412-拉斷永久變形/1818-注：1.磨耗指數(shù)=參照膠的體積損失值/試驗(yàn)?zāi)z的體積損失值×100 2.參照膠的體積損失值按0.145mm3計(jì)算從表2可以看出，2#試驗(yàn)配方膠料的硫化特性、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率等性能與生產(chǎn)配方膠料相近，撕裂強(qiáng)度、硬度、定伸應(yīng)力、磨耗指數(shù)均優(yōu)于生產(chǎn)配方膠料。通過(guò)對(duì)比大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果可知，兩者基本保持一致，充分體現(xiàn)出試驗(yàn)?zāi)z料的綜合物理性能優(yōu)于正常膠料；耐撕裂能與耐磨性能有大幅度的提高。2.3 成品胎試驗(yàn)

12、2.3.1 成品胎耐磨性驗(yàn)證用試驗(yàn)配方和正常配方試制23.5R35-TB516規(guī)格輪胎，在采石廠中進(jìn)行實(shí)際路試對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)輪胎單位磨耗平均126h/mm，正常輪胎單位磨耗平均105/mm ，提高了20%。因此，試驗(yàn)輪胎的耐磨性能優(yōu)于正常輪胎。表3成品輪胎的耐磨性能項(xiàng) 目試驗(yàn)輪胎正常輪胎單位磨耗h/mm1261052.3.2 成品胎耐刺扎性能驗(yàn)證 試驗(yàn)輪胎與正常輪胎均使用1800h后，輪胎胎面磨耗情況如圖1所示。圖1輪胎胎面磨耗圖試驗(yàn)輪胎 正常輪胎從圖1可以看出：試驗(yàn)輪胎胎面磨面比正常輪胎光滑，正常輪胎胎面有刺扎掉塊現(xiàn)象?？梢?jiàn)，試驗(yàn)輪胎胎面膠料的抗刺扎性能優(yōu)于正常輪胎的胎面膠料。3 結(jié)束語(yǔ)在工程子午胎耐磨耐刺扎胎面膠配方中采用全丁苯膠體系，并用高填充量的炭黑進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，同時(shí)在配方中增加抗撕裂樹(shù)脂TYC0500與DCPD，大幅度提高了膠料的撕裂性能和耐磨