李劍波，王文博，杜孟成，李慶朝

（國(guó)家橡膠助劑工程技術(shù)研究中心，山東 陽(yáng)谷 252300）

工程機(jī)械輪胎主要用于露天礦場(chǎng)和筑路工地等惡劣的路面環(huán)境下使用的裝卸車(chē)。由于車(chē)輛載荷大，且連續(xù)作業(yè)，輪胎因受熱容易產(chǎn)生膠料硫化返原和機(jī)械破壞現(xiàn)象，這就要求工程機(jī)械輪胎胎面膠具有良好的耐熱、抗切割和抗崩花掉塊性能。

工程機(jī)械輪胎胎面膠的主體材料是天然橡膠（NR）和丁苯橡膠（SBR），硫化體系一般采用高硫低促的有效硫化體系，其特點(diǎn)是多硫鍵含量大而單硫鍵和雙硫鍵含量小，多硫鍵容易斷裂造成膠料交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)破壞即交聯(lián)密度減小，從而導(dǎo)致膠料的物理性能和動(dòng)態(tài)性能下降，進(jìn)而影響輪胎性能和使用壽命，這種現(xiàn)象被稱為膠料硫化返原。

為解決膠料硫化返原這一難題，橡膠行業(yè)科技工作者進(jìn)行了大量的研究工作，除了選擇合適的橡膠及優(yōu)化配方和工藝外，還進(jìn)行了抗硫化返原劑的開(kāi)發(fā)。市場(chǎng)上的抗硫化返原劑有鋅皂類(lèi)的Struktol AKT73、檸糠酰亞胺類(lèi)的PK900、后硫化穩(wěn)定劑HTS及多功能交聯(lián)劑KA9188，這些抗硫化返原劑的應(yīng)用使膠料的硫化返原問(wèn)題得到了很大改善[1-2]。

山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司多年來(lái)致力于解決膠料硫化返原問(wèn)題，相繼開(kāi)發(fā)出一系列抗硫化返原劑。新型抗硫化返原劑HTR的分子結(jié)構(gòu)中含有馬來(lái)酰亞胺和六亞甲基鏈，其中馬來(lái)酰亞胺含有不飽和雙鍵，類(lèi)似于硫化劑HVA-2（PDM）和抗硫化返原劑PK900，在膠料硫化返原時(shí)可以與斷裂的橡膠分子鏈形成碳-碳交聯(lián)鍵進(jìn)行“補(bǔ)償”，阻止了膠料交聯(lián)密度的降低；六亞甲基鏈類(lèi)似于后硫化穩(wěn)定劑HTS和多功能交聯(lián)劑KA9188，使橡膠交聯(lián)的分子鏈具有柔韌性，可以降低動(dòng)態(tài)生熱，從而使膠料具有較低的生熱和良好的抗硫化返原性能[3-4]。

本工作研究新型抗硫化返原劑HTR在全鋼工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；SBR，牌號(hào)1500，中國(guó)石化齊魯石化橡膠廠產(chǎn)品；炭黑N330，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；抗硫化返原劑HTR，山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 90，SBR 10，炭黑N330 45，硫黃 3，促進(jìn)劑CBS 0.8，其他 20。

試驗(yàn)配方：添加2份抗硫化返原劑HTR，其余均同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.5X（0～100）型智能實(shí)驗(yàn)密煉機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GK400N型和GK255N型密煉機(jī)，德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品；SK-160型開(kāi)煉機(jī)和QLB-50D/K型平板硫化機(jī)，無(wú)錫市第一橡塑機(jī)械設(shè)備廠產(chǎn)品；AGS-5KNJ型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，日本島津（蘇州）有限公司產(chǎn)品；GT-7012-A型阿克隆磨耗機(jī)和GT-7017-M型熱老化試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；MV2000型門(mén)尼粘度儀和MDR200型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；GD-8000型橡膠壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)，東莞市高達(dá)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗(yàn)?zāi)z料采用兩段混煉工藝。一段混煉在智能實(shí)驗(yàn)密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→提壓砣/壓壓砣→炭黑、小料→提壓砣/壓壓砣→排膠；二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑、抗硫化返原劑HTR→充分混煉均勻后下片。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料采用兩段混煉工藝。一段混煉在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，壓砣壓力為18 MPa，混煉工藝為：生膠→提壓砣/壓壓砣→炭黑、小料→提壓砣/壓壓砣→排膠（150～160 ℃）；二段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1，壓砣壓力為18 MPa，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑、抗硫化返原劑HTR→提壓砣/壓壓砣→提壓砣/壓壓砣→排膠（100～110 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)的國(guó)家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

抗硫化返原劑HTR的理化分析結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，抗硫化返原劑HTR的各項(xiàng)理化性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 抗硫化返原劑HTR的理化分析結(jié)果

2.2 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性見(jiàn)表2，其中R95為硫化曲線達(dá)到峰值后下降至95%的Fmax時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)間，時(shí)間越長(zhǎng)，抗硫化返原性能越好。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門(mén)尼粘度、門(mén)尼焦燒時(shí)間和硫化特性變化不大，說(shuō)明在不改變現(xiàn)有配方的基礎(chǔ)上可以直接添加抗硫化返原劑HTR；試驗(yàn)配方膠料的R95明顯延長(zhǎng)，說(shuō)明抗硫化返原劑HTR可以提高膠料的抗硫化返原性能。

小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能見(jiàn)表3。

從表3可以看出，與生產(chǎn)配方硫化膠相比，老化前試驗(yàn)配方硫化膠的物理性能基本一致，老化后試驗(yàn)配方硫化膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和回彈值增大，而阿克隆磨耗量減小，生熱降低，說(shuō)明抗硫化返原劑HTR在膠料硫化返原前基本上是惰性，硫化返原一旦產(chǎn)生，它就會(huì)與破壞的橡膠大分子鏈形成碳-碳交聯(lián)鍵，對(duì)破壞的橡膠鏈進(jìn)行補(bǔ)償，提高或保持膠料的交聯(lián)鍵數(shù)量或交聯(lián)密度，分子結(jié)構(gòu)中的亞甲基鏈?zhǔn)瓜鹉z分子具有優(yōu)異的柔韌性，使膠料具有良好的耐熱老化性能，從而提高膠料的抗硫化返原性能，延長(zhǎng)使用壽命。

表3 小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

2.3 大配合試驗(yàn)

為進(jìn)一步研究抗硫化返原劑HTR的應(yīng)用效果，進(jìn)行了大配合試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4和5。

從表4和5可以看出，大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

2.4 成品試驗(yàn)

采用試驗(yàn)配方膠料制備20.5R25☆☆E-3全鋼工程機(jī)械子午線輪胎，并按照GB/T 30193—2013進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。當(dāng)輪胎行駛47 h后不改變?cè)囼?yàn)條件繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，直至輪胎損壞為止，試驗(yàn)條件和結(jié)果見(jiàn)表6。

從表6可以看出，試驗(yàn)輪胎和生產(chǎn)輪胎的耐久性能良好，均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，其中試驗(yàn)輪胎的耐久性能更優(yōu)。

表6 成品輪胎的耐久性試驗(yàn)條件和結(jié)果

3 結(jié)論

在全鋼工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠中直接加入2份抗硫化返原劑HTR，無(wú)需改變現(xiàn)有配方，即可提高膠料的抗硫化返原性能，增大硫化膠熱老化后的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和回彈值，提高耐磨性能，降低生熱，提高成品輪胎的耐久性能，從而延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。

表5 大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能