張清玉 ，徐建州

（1.中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 311607；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)航天學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001）

半鋼子午線輪胎以質(zhì)量小、散熱性能和減震性能好、滾動阻力小、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn)深受市場歡迎。半鋼子午線輪胎多為無內(nèi)胎輪胎，其氣密層的主要作用是保持胎壓。氣密層膠一般采用鹵化丁基橡膠作為主體材料，成本較高，如果在氣密層膠中并用部分天然橡膠（NR），雖然可以降低成本，但同時(shí)也會降低膠料氣密性。

高秋英等[1]用10份改性氯磺化聚乙烯橡膠（MCSM）代替溴化丁基橡膠（BIIR）用于全鋼載重子午線輪胎氣密層膠中，膠料氣密性較好，但原材料成本仍較高。

采用粘土/丁苯橡膠（SBR）納米復(fù)合材料不僅可以保證氣密層膠的氣密性，還可以大幅降低原材料成本。研究表明[2-4]，在橡膠中均勻分散的納米層狀硅酸鹽能顯著提高膠料物理性能，使膠料具有良好的氣密性、阻燃性和抗裂紋擴(kuò)展性。乳液復(fù)合法制備的粘土/SBR納米復(fù)合材料成本較低，且易于工業(yè)化。

本工作用粘土/SBR納米復(fù)合材料等量代替BIIR用于半鋼子午線輪胎氣密層膠中，研究粘土/SBR復(fù)合材料氣密層膠及成品輪胎的性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

粘土/SBR納米復(fù)合材料，吉林省四平市劉房子礦業(yè)有限公司產(chǎn)品；BIIR，北京燕山勝利橡塑有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備與儀器

F370型密煉機(jī)，大連冰山橡塑有限公司產(chǎn)品；GK255型密煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；C200E型硫化儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度計(jì)，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；50 t平板硫化機(jī)和XY-3F1120型三輥壓延機(jī)及其聯(lián)動裝置，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；UT-2620型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，臺灣優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；輪胎耐久高速試驗(yàn)機(jī)，天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.3 配方

生產(chǎn)配方：BIIR，100；氧化鋅80，4；硬脂酸，2；防老劑4020/RD，3；硫黃和促進(jìn)劑TB710/CZ，4.2；其他，2；合計(jì)，115.2。

試驗(yàn)配方：粘土/SBR納米復(fù)合材料等量替代BIIR，其他同生產(chǎn)配方。

1.4 混煉工藝

膠料混煉分2段進(jìn)行。一段混煉在F370型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速55 r·min-1，混煉工藝為：生膠、炭黑和小料二段混煉在GK255型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速30 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠和硫化體系→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→排膠。

1.5 性能測試

膠料物理性能和成品輪胎性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 物理性能

膠料物理性能見表1。從表1可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料（MH-ML）較大，硫化速度較快，硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率、撕裂強(qiáng)度較大，自粘性較好，透氣率明顯減小，但密度較大。試驗(yàn)配方氣密層膠交聯(lián)密度較大，說明與胎體膠的共硫化性較好，粘土對膠料無硫化延遲作用；但密度較大，會增大輪胎質(zhì)量，導(dǎo)致燃油消耗量增大。

表1 膠料物理性能

2.2 外觀

膠料壓延在三輥壓延機(jī)上進(jìn)行，擠出機(jī)螺桿轉(zhuǎn)速25 r·min-1，壓延速度10~30 m·min-1，冷卻輥速10.5 m·min-1，冷卻水壓力≥0.2 MPa，擠出溫度75~85 ℃，卷取溫度45~50 ℃。壓延膠片厚度不大于12 mm，膠片停放4 h后，收縮率小于1.5%。

壓延膠片外觀見圖1。從圖1可以看出：與生產(chǎn)配方膠片相比，試驗(yàn)配方膠片表面更光亮，且無氣泡、冷斑、熟膠和粘輥現(xiàn)象。

圖1 壓延膠片外觀

2.3 炸胎率

半鋼子午線輪胎在胎坯成型二段充氣時(shí)容易炸胎，因此常在胎坯接頭部位加貼一層固定尺寸的氣密層膠，該方法可以在一定程度上降低炸胎率，但炸胎率仍然較高。采用試驗(yàn)配方氣密層膠的半鋼子午線輪胎在胎坯接頭部位加貼氣密層膠，可以將炸胎率減小至1%以下。

胎坯成型二段充氣時(shí)的炸胎率見圖2。從圖2可以看出，與生產(chǎn)輪胎相比，試驗(yàn)輪胎的炸胎率明顯減小。

圖2 胎坯成型二段充氣時(shí)的炸胎率

2.4 成品輪胎性能

2.4.1 氣壓保持率

成品輪胎在25 ℃下放置20 d，達(dá)到內(nèi)外溫度平衡。輪胎初始?xì)鈮?20 kPa，每隔10 d自動記錄輪胎氣壓。成品輪胎氣壓保持率見圖3。其中2條試驗(yàn)輪胎的氣密層膠厚度分別為2 mm（2#試驗(yàn)輪胎）和1.2 mm（1#試驗(yàn)輪胎），生產(chǎn)輪胎的氣密層膠厚度為2 mm。

圖3 成品輪胎氣壓保持率

從圖3可以看出：與生產(chǎn)輪胎相比，1#和2#試驗(yàn)輪胎的氣壓保持率均較大；與2#試驗(yàn)輪胎相比，氣密層膠厚度較小的1#試驗(yàn)輪胎氣壓保持率并未明顯下降，說明適當(dāng)減小氣密層膠厚度對氣密性影響不大。

2.4.2 速度性能

2#試驗(yàn)輪胎速度性能見表2。從表2可以看出：成品輪胎的最高速度可達(dá)135 km·h-1，符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)最高速度不低于120 km·h-1的要求。

表2 成品輪胎速度性能

2.4.3 耐久性能

2#試驗(yàn)輪胎耐久性能見表3。從表3可以看出：成品輪胎累計(jì)行駛時(shí)間達(dá)到64 h，負(fù)荷率達(dá)到140%，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)胎肩脫層，符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)累計(jì)行駛時(shí)間不小于60 h的要求。

表3 成品輪胎耐久性能

3 結(jié)論

（1）與BIIR氣密層膠相比，粘土/SBR納米復(fù)合材料氣密層膠交聯(lián)密度大，與胎體膠的共硫化性較好，物理性能提高，氣密性明顯改善；但密度較大，會增大輪胎質(zhì)量，導(dǎo)致燃油消耗量增大。

（2）與采用BIIR氣密層膠的半鋼子午線輪胎相比，采用BIIR粘土/SBR納米復(fù)合材料替代BIIR的氣密層膠的半鋼子午線輪胎胎坯成型二段充氣時(shí)的炸胎率明顯減小。

（3）采用粘土/SBR納米復(fù)合材料氣密層膠的半鋼子午線輪胎氣壓保持率大，減小氣密層膠厚度對輪胎氣壓保持率影響不大。

（4）采用粘土/SBR納米復(fù)合材料氣密層膠的半鋼子午線輪胎速度性能和耐久性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

總的來看，與BIIR膠料相比，粘土/SBR納米復(fù)合材料成本較低，用其作主體材料的氣密層膠物理性能改善，氣密性顯著提高，但密度較大，厚度可以適當(dāng)減小。