高 利，劉 娟，張恩華，曲 淼

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

隨著全球經濟復蘇與采礦業(yè)發(fā)展，大型運輸?shù)V用車尤其是載重180 t以上自卸卡車的需求愈發(fā)旺盛，輪輞直徑為1 448 mm（57英寸）及以上規(guī)格的巨型工程機械子午線輪胎也更受青睞，而直徑1 448 mm以上的巨型工程機械子午線輪胎是國內品牌面臨的技術瓶頸，即便是國外三大品牌產品，其輪胎胎冠刺扎和生熱導致的脫層問題也屢見不鮮，影響輪胎的使用壽命[1-3]。

本工作通過分析國外某品牌37.00R57和40.00R57規(guī)格巨型工程機械子午線輪胎胎面基部膠物理性能和生熱，對現(xiàn)有輪胎胎面基部膠配方進行優(yōu)化，改進后膠料物理性能達到競品水平，動態(tài)生熱明顯降低，成品輪胎TKPH（Ton Kilometer per Hour，每小時噸千米）提高13.6%，且耐高溫性能明顯提升。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國進口產品；炭黑N330，卡博特化工（天津）有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

GK400型和GK255型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；Roell Z010型拉力機，德國Zwick公司產品；DMTS EPLEXOR 500N型動態(tài)熱機械分析（DMA）儀，德國GABO公司產品；Dyn THERM HP型熱重分析儀，美國TA公司產品；6800型原子吸收光譜儀，日本島津公司產品；JNMECZR型NMR核磁共振儀，日本電子株式會社產品；BLH-II型橡膠無轉子硫化儀，揚州市天發(fā)試驗機械有限公司產品；TJR-1-OR（Y）型輪胎耐久試驗機，天津久榮車輪技術有限公司產品。

1.3 性能測試

膠料含膠率、炭黑和灰分質量分數(shù)采用熱重分析儀測定；氧化鋅質量分數(shù)采用原子吸收光譜儀測定；有機硅烷質量分數(shù)采用NMR核磁共振儀測定；炭黑類型通過將炭黑提取后進行氮吸附測定。

成品輪胎TKPH按照GB/T 30197—2013《工程機械輪胎作業(yè)能力測試方法 轉鼓法》進行測試，測溫孔位置在胎冠中心與胎肩花紋塊幾何中心，深度約5 mm，位于相應位置最上層帶束層表面，測試速度按15，18，21，24，27和30 km·h-1六個階段進行。

DMA動態(tài)生熱測試采用拉伸模式，溫度掃描范圍為0～110 ℃，振幅為5%，頻率為10 Hz，升溫速率為2 ℃·min-1。其他性能按相應國家標準測試。

2 結果與討論

2.1 競品剖析

對國外某公司37.00R57和40.00R57規(guī)格巨型工程機械子午線輪胎胎面基部膠進行分析，2個規(guī)格輪胎胎面基部膠的密度分別為1.117和1.118 Mg·m-3。配方主要組分分析結果如表1所示，胎面基部膠物理性能測試結果如表2所示。

表1 胎面基部膠組分用量分析結果

表2 胎面基部膠物理性能測試結果

從表1可以看出：2個規(guī)格輪胎胎面基部膠配方組成相似，均使用全NR及炭黑/白炭黑補強體系，溶劑抽出物含量僅為4～6份，氧化鋅用量約為4.5份，防老劑選擇4020與RD并用，均無特別之處；配方炭黑氮吸附值均為75 m2·kg-1左右，判斷為高耐磨系列炭黑，這是考慮膠料生熱及強度；配方中均使用約10份的白炭黑，同時有質量分數(shù)為0.04～0.06的有機硅烷，目的是提高白炭黑在膠料中的分散性，降低膠料生熱并提高抗刺扎性能。

從表2可以看出，競品輪胎基部膠具有高強度、高模量、中等伸長率和低生熱特點，配方優(yōu)化時需要作為重點參照。

2.2 配方開發(fā)

試樣采用4段工藝混煉，母膠混煉使用GK400型密煉機，終煉膠混煉使用GK255型密煉機。

一段混煉轉子轉速為52 r·min-1，工藝為：加入生膠、炭黑、氧化鋅、硬脂酸和防老劑混煉至135℃，提壓砣，繼續(xù)混煉至155 ℃，排膠。二段混煉轉子轉速為42 r·min-1，工藝為：加入一段混煉膠、白炭黑、有機硅烷混煉至130 ℃，提壓砣，繼續(xù)混煉至150 ℃，排膠。三段混煉轉子轉速為35 r·min-1，工藝為：加入二段混煉膠混煉35 s，提壓砣，繼續(xù)混煉至140 ℃，排膠。終煉轉子轉速為20 r·min-1，工藝為：加入三段混煉膠、硫黃、促進劑和防焦劑，混煉30 s，提壓砣，然后繼續(xù)混煉40 s，提壓砣，繼續(xù)混煉至105 ℃，排膠，總混煉時間為150～165 s。

通過大料試驗優(yōu)選出如下配方：NR 100，炭黑N330 33，白炭黑 10，有機硅烷 1，氧化鋅5，硬脂酸 2，防焦劑 CTP 0.3，防老劑4020 2，防老劑RD 1.5，硫黃 1.225，促進劑TBBS 1.35，促進劑DPG-80 0.3。

2.3 半成品性能

優(yōu)化前后胎面基部膠半成品性能如表3所示。

表3 優(yōu)化前后胎面基部膠半成品性能

從表3可以看出，優(yōu)化后胎面基部膠半成品的定伸應力、拉伸強度和回彈性均有所提高，壓縮生熱降低，60 ℃動態(tài)損耗因子由0.105 5降至0.065 5，降低37.9%，膠料硫化速率加快。

2.4 成品膠料性能

成品輪胎胎面基部膠性能如表4所示。

從表4可以看出，優(yōu)化后膠料300%定伸應力和拉伸強度明顯提升，拉斷伸長率有所降低，60℃動態(tài)損耗因子由0.065 0降至0.047 7，降低了26.6%，優(yōu)化后成品輪胎基部膠的物理性能和動態(tài)生熱均達到國外品牌水平。

表4 成品輪胎胎面基部膠性能

2.5 TKPH測試

因40.00R57規(guī)格巨型輪胎成本較高，為節(jié)約生產成本，TKPH測試選取小規(guī)格24.00R35進行對比驗證，生產輪胎與試驗輪胎分別使用優(yōu)化前后胎基部膠配方，其他配方和硫化工藝等均相同。表5所示為TKPH測試各速度階段輪胎平衡后溫度，作出TKPH與溫度線性回歸曲線并計算TKPH數(shù)值。

TKPH測試過程中在速度階段為30 km·h-1時，生產輪胎始終無法達到平衡狀態(tài)，溫度一直處于上升狀態(tài)，運行8 h后胎冠生熱脫層失效，而試驗輪胎運行8 h后溫度達到穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，繼續(xù)按30 km·h-1測試8 h后胎冠脫層失效，說明試驗輪胎耐高溫性能更為優(yōu)異。

從表5可以看出，試驗輪胎平衡后溫度明顯降低。對TKPH和平衡后溫度作線性回歸擬合，得到生產輪胎回歸方程為y＝4.622 4x－209.88，試驗輪胎回歸方程為y＝4.961 5x－209.88。按110 ℃計算成品輪胎TKPH，再按38 ℃環(huán)境溫度折算后，試驗輪胎TKPH為309，生產輪胎TKPH為272，提高了13.6%。

表5 TKPH測試各速度階段溫度數(shù)值和TKPH計算值

3 結論

（1）對國外某知名品牌巨型工程機械子午線輪胎胎面基部膠物理性能和生熱進行分析，對我公司巨型工程機械子午線輪胎胎面基部膠配方進行優(yōu)化設計，新開發(fā)配方半成品和成品膠料動態(tài)損耗因子分別降低37.9%和26.6%，膠料半成品與成品物理性能達到競品水平。

（2）使用優(yōu)化后胎面基部膠配方生產成品輪胎進行TKPH測試，整胎TKPH提升13.6%，同時該配方基部膠具有更加優(yōu)異的耐高溫性能。