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        超耐磨全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方的優(yōu)化

        2017-07-23 01:38:08李文東孫學(xué)紅
        輪胎工業(yè) 2017年10期
        關(guān)鍵詞:密煉機(jī)防老劑白炭黑

        劉 琦,李文東,李 輝,孫學(xué)紅

        (1.青島科技大學(xué) 高分子科學(xué)與工程學(xué)院,山東 青島 266042;2.寧夏神州輪胎有限公司,寧夏 平羅 753400;3.北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計院,北京 100143)

        車輛在行駛過程中,特別是剎車時由于輪胎胎面和路面的接觸而產(chǎn)生摩擦,同時由于膠料的疲勞、老化等諸多因素導(dǎo)致了胎面的磨損。輪胎胎面膠的磨耗主要有磨損磨耗、卷曲磨耗和疲勞磨耗3種形式。胎面磨耗是指輪胎胎面與路面接觸而產(chǎn)生摩擦,摩擦使胎面膠表面發(fā)生微觀的局部變形破壞和掉渣,從而導(dǎo)致輪胎質(zhì)量下降。按照橡膠碎片脫離的方式,其磨耗形式主要是磨損磨耗和疲勞磨耗。一般認(rèn)為高速行駛輪胎的磨耗是磨損磨耗和疲勞磨耗的綜合結(jié)果,低速行駛輪胎以疲勞磨耗為主[1]。當(dāng)輪胎胎面磨損到一定程度時就需要考慮更換輪胎或翻新胎面。另外,輪胎胎面磨損所產(chǎn)生的膠粉對環(huán)境也會造成污染,因此從環(huán)保角度出發(fā),提高輪胎胎面膠的耐磨性能具有積極的現(xiàn)實意義。本工作對超耐磨全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方進(jìn)行優(yōu)化,現(xiàn)將有關(guān)試驗情況介紹如下。

        1 實驗

        1.1 主要原材料

        天然橡膠(NR),SMR20,馬來西亞產(chǎn)品;順丁橡膠(BR),牌號9000,中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司產(chǎn)品;丁苯橡膠(SBR),牌號1500E,中國石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司產(chǎn)品;炭黑N134,新疆中碳科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品;白炭黑175GR,山西同德化工股份有限公司產(chǎn)品;硅烷偶聯(lián)劑TYC-Si69,江西宏柏化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品;氧化鋅,揚(yáng)州振中鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品;促進(jìn)劑NS,山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品;塑解劑SJ-103,萊蕪市瑞光橡塑助劑廠產(chǎn)品。

        1.2 試驗配方

        超耐磨胎面膠配方如表1所示。

        表1 超耐磨胎面膠配方 份

        1.3 主要設(shè)備和儀器

        BB-2小型密煉機(jī)、BB430型密煉機(jī)和輪胎均勻性試驗機(jī),日本神戶制鋼公司產(chǎn)品;XK-660型和XK-710型開煉機(jī)、GN255型密煉機(jī),益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品;XK-160型開煉機(jī)和XLB-800型平板硫化機(jī),青島先銳機(jī)電有限公司產(chǎn)品;MV2000型門尼粘度儀、MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀、DISPERGRADER炭黑分散儀和RPA2000型橡膠加工分析儀,美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;DIN磨耗儀、AKRON磨耗儀和輪胎強(qiáng)度試驗機(jī),中國臺灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品;輪胎耐久性試驗機(jī),青島高校測控技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

        1.4 試樣制備

        小配合試驗?zāi)z料在BB-2型密煉機(jī)中混煉,加料順序為生膠、1/2炭黑、白炭黑、硅烷偶聯(lián)劑、粘合樹脂、防老劑,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1→1/2炭黑及除硫黃以外的其他小料,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速變?yōu)?0 r·min-1至結(jié)束,排膠時間460 s或溫度145 ℃,在XK-160型開煉機(jī)下片,停放8 h后加硫黃,下片,停放24 h。

        大配合試驗?zāi)z料分三段混煉,一段和二段混煉均在BB430型密煉機(jī)中進(jìn)行,一段混煉加料順序為生膠、白炭黑、硅烷偶聯(lián)劑等,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1→2/3炭黑,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1→其他,排膠時間190 s或溫度160 ℃,在XK-710型開煉機(jī)下片,停放2 h;二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1,將一段混煉膠、1/3炭黑和防老劑同時加入密煉機(jī)中,排膠時間130 s或溫度155 ℃,在XK-710型開煉機(jī)下片,停放4 h;三段混煉在GN255型密煉機(jī)中進(jìn)行,加入二段混煉膠和硫黃,在XK-660型開煉機(jī)下片,停放20 h。

        試樣在平板硫化機(jī)上硫化,硫化條件為151 ℃×30 min。

        1.5 性能測試

        各項性能均按相應(yīng)的國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 配方優(yōu)化設(shè)計思路

        (1)生膠體系。綜合考慮到NR的物理性能、BR的超耐磨性能和SBR的抗?jié)窕阅?,在設(shè)計超耐磨全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方時經(jīng)常采用NR/BR/SBR并用或NR/BR并用[2]。此次超耐磨胎面膠配方設(shè)計經(jīng)過多次小配合試驗后確定NR用量為65~90份,BR用量為15~25份,SBR用量為5~15份時,硫化膠的物理性能尤其是耐磨性能非常好。

        (2)補(bǔ)強(qiáng)體系。以1(N121和N134)開頭的炭黑具有超強(qiáng)的耐磨性能,雖然加工工藝性能差,但在混煉過程中炭黑一旦吃入后分散性較好,考慮到提高胎面膠的耐磨性能,配方設(shè)計時仍采用炭黑N134作為補(bǔ)強(qiáng)填充材料。

        白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)效果雖然沒有炭黑優(yōu)異,但它可以提高胎面膠的低溫抗?jié)窕阅埽覍Φ蜐L動阻力性能也有很大貢獻(xiàn),因此在設(shè)計超耐磨胎面膠配方時,可考慮使用少量白炭黑,不使用硅烷偶聯(lián)劑或使用少量硅烷偶聯(lián)劑(一般白炭黑/硅烷偶聯(lián)劑用量比為5/1)。

        (3)防護(hù)體系。目前在輪胎配方的防護(hù)體系中應(yīng)用最廣泛的是防老劑4020,RD和3100,其用量一般根據(jù)輪胎部件的不同而改變。在胎面膠配方設(shè)計時,考慮到胎面膠的壓縮疲勞和壓縮生熱等因素,通常采用防老劑RD/4020并用,一般防老劑RD用量為1~1.5份,防老劑4020用量為1.5~2份。另外,在胎面膠配方設(shè)計中,橡膠防護(hù)蠟用量一般為1份。

        其他配合體系參照常規(guī)的胎面膠配方設(shè)計原則確定。

        2.2 小配合試驗

        小配合試驗結(jié)果如表2所示。

        從表2可以看出,與1#配方膠料相比,4#和5#配方膠料的t90縮短,硫化膠的阿克隆磨耗量減小,其他物理性能均相對較好。

        表2 小配合試驗結(jié)果

        2.3 大配合試驗

        根據(jù)小配合試驗結(jié)果,優(yōu)選出4#和5#配方進(jìn)行大配合試驗,試驗結(jié)果如表3所示。

        表3 大配合試驗結(jié)果

        從表3可以看出,與1#配方膠料相比,4#和5#配方膠料的t90縮短,硫化膠的耐磨性能提高,但5#配方硫化膠的綜合物理性能優(yōu)于4#配方硫化膠,而且5#配方硫化膠的密度小于1#和4#配方硫化膠。硫化膠的密度直接影響胎面自身質(zhì)量,對于相同規(guī)格的輪胎,硫化膠的密度越小,則在行駛過程中胎面受到的滾動阻力越低,輪胎就更節(jié)能環(huán)保。

        2.4 成品試驗

        通過大配合試驗確定5#配方為最佳的超耐磨胎面膠配方,采用此配方試制了11R22.516PR試驗輪胎,抽檢1條試驗輪胎進(jìn)行耐久和速度性能測試,并與正常輪胎(1#配方)進(jìn)行對比。

        耐久和速度性能試驗條件分別如表4和5所示,試驗結(jié)果如表6所示。從表6可以看出,試驗輪胎的耐久和速度性能均略優(yōu)于正常輪胎。

        表4 耐久性試驗條件和結(jié)果

        表6 成品性能試驗結(jié)果

        3 結(jié)論

        通過調(diào)整超耐磨全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方中的生膠體系、補(bǔ)強(qiáng)體系和防護(hù)體系等,膠料的t90縮短,硫化膠的耐磨性能改善,其他物理性能較好,成品輪胎的耐久和速度性能均提高。該優(yōu)化配方已進(jìn)入試生產(chǎn)階段。

        表5 速度性能試驗條件和結(jié)果

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