朱家順

(特拓(青島)輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266061)

在輪胎橡膠行業(yè)，硫化橡膠的回彈性[1-3]指標(biāo)通常被用來代替動(dòng)態(tài)力學(xué)頻譜儀(DMA)[4-5]或橡膠加工分析儀(RPA)[6-7]的損耗因子(tanδ)，作為膠料生熱特性的質(zhì)量控制指標(biāo)。但室溫回彈數(shù)據(jù)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)與實(shí)際滾動(dòng)阻力測(cè)試相矛盾的現(xiàn)象。

本文選取了邵爾A硬度在56～90之間的正常在產(chǎn)終煉膠，包括子午線卡車胎(TBR)、乘用車子午線輪胎(PCR)在內(nèi)的胎側(cè)、胎面、胎體、趾口、三角等部件，共計(jì)16種代表性膠料。圍繞硫化膠高、低溫回彈與RPA的tanδ、壓縮生熱檢測(cè)項(xiàng)目之間的相關(guān)性開展了系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)研究，并從配方的填料類型、膠料硬度等方面分析了數(shù)據(jù)組間的差異。

為了解不同體系高、低溫回彈數(shù)據(jù)趨勢(shì)間的差異，進(jìn)一步選取了6種代表性膠料開展了回彈值隨溫度變化趨勢(shì)研究，并與壓縮生熱數(shù)據(jù)趨勢(shì)進(jìn)行了對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

實(shí)驗(yàn)采用的終煉膠均為車間正常生產(chǎn)膠料，終煉膠的類型、生膠體系、填充體系、部位、室溫硬度如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)用終煉膠信息及室溫下三次平行測(cè)試邵爾A硬度的平均值

1.2 儀器及設(shè)備

RPA：RPA2000，美國Alpha公司；硫化橡膠回彈儀：ZWICK 5109，德國Zwick Roell集團(tuán)；硬度計(jì)：Digi Test，德國Bareiss公司；壓縮生熱實(shí)驗(yàn)機(jī)：EKT-202GF，昆山創(chuàng)研科技有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 RPA分析

RPA動(dòng)態(tài)檢測(cè)記錄復(fù)合剪切模量(G*)、彈性剪切模量(G′)、黏性剪切模量(G″)及tanδ,具體測(cè)試程序設(shè)定如下：(1)預(yù)調(diào)節(jié)：溫度為100 ℃，頻率為0.5 Hz，應(yīng)變?yōu)?3.95%，時(shí)間為90 s；(2)硫化:溫度為185 ℃，頻率為2 Hz，應(yīng)變?yōu)?.98%，時(shí)間為220 s；(3)頻率掃描：溫度為100 ℃，應(yīng)變?yōu)?.79%，頻率為0.1～10.0 Hz；(4)應(yīng)變掃描：溫度為100 ℃，頻率為0.5 Hz，應(yīng)變?yōu)?.56%～15.07%。

1.3.2 回彈性

測(cè)定151 ℃時(shí)硫化時(shí)間為30 min的試樣分別在室溫、40 ℃、50 ℃、60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃下預(yù)熱30 min后的回彈值，結(jié)果取三次平行測(cè)試的平均值。

1.3.3 壓縮生熱

環(huán)境箱溫度為55 ℃，壓縮頻率為300 r/min，檢測(cè)周期為30 min，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)的底部溫升及膠芯溫度。

2 結(jié)果與討論

2.1 23 ℃和100 ℃時(shí)的回彈與tan δ

圖1表明，硫化膠RPA溫度為100 ℃、頻率為1 Hz、應(yīng)變?yōu)?2.8%時(shí)的tanδ與100 ℃時(shí)的回彈相關(guān)性顯著，全部16組數(shù)據(jù)點(diǎn)間的相關(guān)性系數(shù)為0.975，如圖1中的擬合方程3。但與全部16個(gè)23 ℃下的回彈數(shù)據(jù)間的線性相關(guān)不顯著，如圖1中的擬合方程1，相關(guān)性系數(shù)僅為0.648。

結(jié)合相應(yīng)膠料的配合體系和硫化膠硬度發(fā)現(xiàn)，偏離最遠(yuǎn)的是PCR低滾動(dòng)阻力高白炭黑胎面膠料T66，其次是邵爾A硬度高于80的膠料A13、A69、A60、A68。若將上述5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)剔除，剩余邵爾A硬度在55～80之間的11組室溫回彈與硫化膠RPA在溫度為100 ℃、應(yīng)變?yōu)?.8%、頻率為1 Hz下的tanδ相關(guān)性非常顯著，相關(guān)性系數(shù)為0.980，如圖1所示。

tan δ

2.2 回彈隨溫度的變化趨勢(shì)

為進(jìn)一步探討溫度對(duì)回彈檢測(cè)結(jié)果趨勢(shì)的影響，選取了包含高白炭黑膠料T66在內(nèi)的室溫下邵爾A硬度在64～68之間的1種基部膠、2種TBR胎面膠、3種PCR胎面膠進(jìn)行了不同溫度下的回彈檢測(cè)，結(jié)果如圖2所示。

溫度/℃

圖2表明，高白炭黑體系膠料回彈隨著溫度的變化與炭黑體系膠料不同，曲線之間出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，炭黑體系膠料的回彈基本呈現(xiàn)線性增加的趨勢(shì)，溫度每升高10 ℃，回彈值增加2。整體趨勢(shì)及各膠料回彈值的相對(duì)位置與配方設(shè)計(jì)理念相符。例如，TBR基部膠為純天然膠配合體系，含膠率高，回彈最高；TBR長途大巴車胎面為低滾動(dòng)阻力設(shè)計(jì)，生熱次之；高填充、高耐磨PCR胎面回彈最低。

高白炭黑體系膠料隨著溫度增加回彈速率較快，且呈現(xiàn)“兩段式”。60 ℃以下，回彈隨著溫度增加得較快，平均每升高10 ℃回彈值升高7.5；60 ℃以上，回彈隨著溫度的升高增加較慢，平均每升高10 ℃回彈值升高3.0。

綜上所述，在采用回彈來評(píng)價(jià)膠料的生熱特性時(shí)，室溫、高溫會(huì)出現(xiàn)不同的排列順序。從輪胎實(shí)際工作溫度來看，建議采用60 ℃以上的高溫回彈來評(píng)價(jià)膠料的生熱特性比較合理。

2.3 100 ℃時(shí)回彈與壓縮生熱之間的相關(guān)性

上述6種膠料100 ℃時(shí)的回彈與壓縮生熱之間的相關(guān)性分析如圖3所示。

回彈/%

圖3表明，100 ℃時(shí)的回彈與壓縮生熱之間存在良好的線性關(guān)系，進(jìn)一步證明了100 ℃下回彈在膠料生熱特性方面評(píng)價(jià)的有效性。實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)自身?xiàng)l件選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行膠料生熱特性的評(píng)價(jià)。

3 結(jié) 論

(1)室溫回彈不太適合高白炭黑填充胎面膠料或邵爾A硬度大于80的膠料生熱特性評(píng)價(jià)。

(2)在采用回彈進(jìn)行膠料生熱特性評(píng)價(jià)時(shí)，建議采用60 ℃以上的高溫回彈數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。