龍飛飛，劉鵬，郭志鋼，張聰，李海艷

(山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300)

伴隨著一帶一路戰(zhàn)略的推進(jìn)，中國(guó)經(jīng)濟(jì)正在不斷騰飛，如翱翔在天際的巨龍，中國(guó)的汽車行業(yè)正經(jīng)歷著翻天覆地的變化，輪胎在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家都是作為重要的安全部件，并進(jìn)行PPAP/APQP/DFMEA等程序和過程控制。輪胎是乘用車最重要的安全配件、關(guān)鍵零部件，輪胎的各項(xiàng)性能也越來越多的被關(guān)注、重視，中央電視臺(tái)等主流媒體也多次對(duì)國(guó)內(nèi)外輪胎進(jìn)行對(duì)比采樣分析。在評(píng)價(jià)成品輪胎性能優(yōu)劣的眾多性能中，胎面的耐磨程度是一項(xiàng)重要指標(biāo)，胎面的耐磨性的好壞，從機(jī)理上分析，可分析到輪胎表層的機(jī)械性能、分子結(jié)構(gòu)等，涉及到物理及深層的化學(xué)變化，但其中影響最關(guān)鍵的因素還是由生產(chǎn)胎面的膠料的混煉工藝和胎面膠料所使用的配方體系構(gòu)成。

輪胎胎面膠料的耐磨耗性能，是表征胎面膠料硫化后在抵抗摩擦力的作用下因胎面表面破壞而導(dǎo)致膠料損耗的能力。磨耗性能屬于力學(xué)性能范疇，表現(xiàn)為以下三種形式：

（1）輪胎胎面產(chǎn)生的疲勞磨耗，是指行駛中的輪胎胎面在路面上反復(fù)運(yùn)動(dòng)的過程中受周期性的剪切、壓縮、拉伸等變形作用，輪胎的表面產(chǎn)生疲勞，輪胎的胎面逐漸產(chǎn)生微裂紋進(jìn)而造成胎面表面的剝落（微觀）。隨著胎面膠料拉伸強(qiáng)度的降低，疲勞磨耗隨之增大，因此輪胎胎面需要提升膠料的拉伸強(qiáng)度進(jìn)而降低疲勞磨耗。

（2）輪胎胎面產(chǎn)生的磨損磨耗，是指行駛中的輪胎胎面與路面上的尖銳的粗糙物在不斷地發(fā)生切割、摩擦的過程中，導(dǎo)致輪胎胎面表面的接觸點(diǎn)被一步步切割、扯斷成微小的顆粒，進(jìn)而從輪胎表面脫落下來的過程就形成了磨耗。磨耗強(qiáng)度與拉伸強(qiáng)度成反比，因此輪胎胎面需要提升膠料的拉伸強(qiáng)度進(jìn)而降低磨耗強(qiáng)度。

（3） 輪胎胎面產(chǎn)生的卷曲磨耗，是指行駛中的輪胎胎面由于磨擦力的作用，輪胎胎面的表面出現(xiàn)凹凸不平并發(fā)生形變進(jìn)而被撕裂破壞，最后胎面表層成卷的脫落。胎面的卷曲磨耗與斷裂伸長(zhǎng)率成反比，因此輪胎胎面需要提升膠料的斷裂伸長(zhǎng)率進(jìn)而降低卷曲磨耗。

我們綜合考慮上述條件和因素，可以發(fā)現(xiàn)如何降低輪胎磨耗性能仍然是需要深入研究的的任務(wù)。

本文主要對(duì)比分析豐源輪胎推行的“SSM低溫一步法混煉工藝”與傳統(tǒng)煉膠工藝，發(fā)現(xiàn)其對(duì)煉膠工藝的提升，進(jìn)而驗(yàn)證“SSM低溫一步法混煉工藝”所生產(chǎn)的胎面膠料對(duì)于胎面耐磨性的提升。

1 胎面膠料生產(chǎn)

1.1 配方使用的主要原材料

丁苯橡膠SBR,牌號(hào)1723，中國(guó)石化齊魯股份有限公司橡膠廠產(chǎn)品；溶聚丁苯橡膠RC2557S，中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司產(chǎn)品；白炭黑1115MP，卡博特化工有限公司；炭黑N234，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰?；環(huán)保油牌號(hào)V700，德國(guó)漢圣公司產(chǎn)品；氧化鋅ZnO，安丘恒山鋅業(yè)；硬脂酸SAD，青島旭謙進(jìn)出口公司；防老劑，山東圣奧化工有限公司；促進(jìn)劑NS、促進(jìn)劑CZ、硫磺S，山東尚舜化工有限公司；防焦劑CTP，山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司。

1.2 膠料的基本配方

基本配方（單位:份）充油丁苯橡膠SBR（充油量37.5%） 41.25；充油溶聚丁苯橡膠RC2557S（充油量37.5%） 96.25；高分散性沉淀法白炭黑1115MP 55；炭黑N234 20；環(huán)保型芳烴油V700 5.0；微晶蠟 2.3；硅烷偶聯(lián)劑 10.0；硬脂酸SAD 2.2；促進(jìn)劑NS(N-叔丁基-2-苯并噻唑次黃酰胺) 0.6；氧化鋅ZnO 2.1；促進(jìn)劑CZ( N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺)、硫磺S、防焦劑 CTP 合計(jì) 5.5。

1.3 膠料制備及檢測(cè)設(shè)備

XM370型密煉機(jī)、XM305型開煉機(jī)組合的傳統(tǒng)法混煉設(shè)備，青島軟控股份有限公司生產(chǎn)；XM-270型密煉機(jī)和XKR-660型開煉機(jī)為1:5配置，大連橡塑、青島軟控等廠家生產(chǎn)；拉伸強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備，Zwick Z010拉力試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)Zwick/Roell集團(tuán)生產(chǎn)；抗撕裂強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)設(shè)備，Zwick Z010拉力試驗(yàn)機(jī)，德國(guó)Zwick/Roell集團(tuán)生產(chǎn)；橡膠流動(dòng)性測(cè)試設(shè)備，VMA1000膠料流動(dòng)性分析儀，特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司；阿克隆磨耗機(jī)型號(hào)JC-1076,江都市精誠(chéng)測(cè)試儀器有限公司。其余設(shè)備：均為常規(guī)輪胎廠使用測(cè)試設(shè)備，膠料的各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

1.4 胎面試樣膠料制備

胎面膠試樣的制備，分別采用以下兩種煉膠工藝進(jìn)行煉制：傳統(tǒng)法煉膠、SSM低溫一步法煉膠，胎面試樣膠料制備完成后，再對(duì)制備的終煉膠樣進(jìn)行相關(guān)的性能測(cè)試、對(duì)比分析其優(yōu)劣與差異性。

傳統(tǒng)法混煉工藝和SSM低溫一步法混煉工藝，生產(chǎn)胎面膠的詳細(xì)工藝步驟，參見表1、表2。

從表1可以看出，傳統(tǒng)法煉膠工藝生產(chǎn)胎面終煉膠需經(jīng)過多段才能完成，每進(jìn)行下一段的混煉之前，前一段生產(chǎn)的母煉膠需在料場(chǎng)停放至少8 h，此過程需經(jīng)過多次運(yùn)轉(zhuǎn)才能制備完成胎面的終煉膠。

細(xì)化分析表2中各步驟的工藝條件，可以看出，工藝采用SSM低溫一步法煉膠，從膠料等原材料投入到生產(chǎn)出胎面終煉膠，僅需一段即可完成，中間無(wú)需進(jìn)行倒垛停放，大大節(jié)省了生產(chǎn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。SSM低溫一步法混煉工藝，包含的密煉機(jī)與開煉機(jī)是5:1配置后進(jìn)行塑煉的，丁苯橡膠SBR/溶聚丁苯橡膠RC2557S與硬脂酸SAD、環(huán)保油V700、促進(jìn)劑和氧化鋅、促進(jìn)劑NS、硫磺S等小料在XM-270型密煉機(jī)中初步混煉均勻后，排放到XKR-660型開煉機(jī)上，開煉機(jī)將膠料壓制成片后分流給4組全自動(dòng)開煉機(jī)，膠料在每組混煉開煉機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)混煉，補(bǔ)充混煉、膠冷，打卷后，單獨(dú)收取。SSM低溫一步法混煉工藝實(shí)現(xiàn)了從原材料投入到胎面終煉膠產(chǎn)出的高度自動(dòng)化[1～7]。

表1 傳統(tǒng)法煉膠工藝生產(chǎn)胎面試樣膠

表2 SSM低溫一步法混煉工藝生產(chǎn)胎面試樣膠

2 結(jié)果與討論

對(duì)不同生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的胎面膠料性能，進(jìn)行對(duì)比分析，詳細(xì)結(jié)果如下。

2.1 對(duì)胎面膠料中炭黑的分散性分析

通過表3的數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)，SSM低溫一步法煉膠工藝生產(chǎn)的胎面膠料，在顯微鏡下展現(xiàn)的膠料的分散性指數(shù)、炭黑的分散度等級(jí)、白點(diǎn)面積與整體面積的比值等數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)法煉膠工藝相比均有不同程度的改善。胎面膠料在白炭黑和炭黑分散度提升的同時(shí)，推理而知，胎面膠料的流動(dòng)性會(huì)有所改善，流動(dòng)性向好，當(dāng)我們使用VMA流動(dòng)性檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，SSM低溫一步法混煉工藝生產(chǎn)的胎面膠流動(dòng)性檢測(cè)得到的數(shù)值比傳統(tǒng)法混煉工藝生產(chǎn)的胎面膠流動(dòng)性的檢測(cè)數(shù)值大近一倍；在半部件生產(chǎn)車間，胎面半部件在擠出出型的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)，SSM低溫一步法混煉工藝生產(chǎn)的胎面膠出型性能提升，胎面破邊等小工藝問題減少，降低了成品輪胎的外觀缺陷（花紋圓角、胎冠缺膠等）出現(xiàn)的幾率，公司輪胎成品的外觀質(zhì)量水平得到提升，提高了生產(chǎn)效率，降低了返修率。

表3 胎面膠料中炭黑的分散度對(duì)比

2.2 測(cè)試?yán)煨阅?/h3>

2.2.1 測(cè)試所用儀器及檢測(cè)機(jī)理

輪胎的胎面膠測(cè)定拉伸性能使用的是拉力試驗(yàn)機(jī)，拉力試驗(yàn)設(shè)備的核心構(gòu)成包含測(cè)力機(jī)構(gòu)、加荷機(jī)構(gòu)、緩沖裝置、記錄裝置等，本次拉力測(cè)試所用的設(shè)備如圖1所示。

圖1 拉力測(cè)試儀

a.拉伸試驗(yàn)中定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度的計(jì)算

式中：

σ——拉伸試驗(yàn)的定伸應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度，MPa或kgf/cm3；

F——測(cè)試樣品所受到的作用力，N或kgf；

d——測(cè)試樣品工作部分的厚度，mm；

b——測(cè)試樣品工作部分的寬度，mm。

b. 拉伸試驗(yàn)中定應(yīng)力伸長(zhǎng)率和拉斷伸長(zhǎng)率的計(jì)算

式中：

ε——拉伸試驗(yàn)的定應(yīng)力伸長(zhǎng)率或拉斷伸長(zhǎng)率，%；

L0——測(cè)試樣品的初始標(biāo)距，mm；

L1——測(cè)試樣品達(dá)到規(guī)定應(yīng)力/扯斷的標(biāo)距，mm。

c.拉伸試驗(yàn)中拉伸永久變形的計(jì)算

式中：

H——拉伸試驗(yàn)的扯斷永久變形，%；

L0——測(cè)試樣品的初始標(biāo)距，mm；

L2——測(cè)試樣品扯斷后停放3 min，對(duì)起來的標(biāo)距，mm。

2.2.2 拉伸試驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果及分析

SSM低溫一步法混煉工藝和傳統(tǒng)法混煉工藝，分別生產(chǎn)胎面終煉膠3車，總計(jì)6車，總計(jì)制作6個(gè)試樣，然后逐個(gè)對(duì)試樣進(jìn)行拉伸性能測(cè)試，得到的數(shù)據(jù)，對(duì)比做圖如下，詳見圖2。

圖2 兩種工藝對(duì)比下的胎面膠的拉伸性能

從圖2的折線圖及數(shù)據(jù)，我們可以看出，兩種煉膠工藝生產(chǎn)的胎面膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率，其中SSM低溫一步法混煉工藝整體較傳統(tǒng)法混煉工藝有較大提升。因此輪胎胎面的疲勞磨耗、胎面的磨損磨耗會(huì)相應(yīng)的降低，伴隨著拉斷伸長(zhǎng)率的提升也會(huì)降低胎面的卷曲磨耗。

2.3 測(cè)試膠料的磨耗性能

2.3.1 測(cè)試所用儀器及檢測(cè)機(jī)理

測(cè)定磨耗所用的裝置為阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)，如圖3所示，阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)由電機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸、減速箱、重砣和砂輪等部件組成。檢測(cè)時(shí)我們將待檢測(cè)試樣膠輪夾持于旋轉(zhuǎn)軸上，試樣與砂輪之間存在一個(gè)傾斜角度（約為15°），同時(shí)負(fù)載2.72 kgf的重力下進(jìn)行摩擦檢測(cè)，測(cè)量試樣在通過（1.61 km）里程內(nèi)磨損掉落的膠的體積。測(cè)試設(shè)備自動(dòng)控制試驗(yàn)里程，磨損掉落的膠料體積，由磨下的膠料質(zhì)量除以膠料檢測(cè)得到的密度，計(jì)算后得到。測(cè)試試樣的磨損質(zhì)量等于試樣磨損之前的質(zhì)量減去摩擦規(guī)定里程后試樣的質(zhì)量，密度通過常規(guī)快檢檢測(cè)。

阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)使用的砂輪，其直徑為15 cm，砂輪的厚度為25 mm，砂輪的中心直徑為3.2 cm，砂輪表面使用的磨料為氧化鋁材料，砂輪使用的粘合劑為陶土材料，粒度為36#，硬度為中硬2。

待檢測(cè)試樣的規(guī)格：長(zhǎng)度取值的測(cè)算方法π（D+寬度的取值為12.7±0.2 mm，厚度的取值為3.2±0.2 mm，膠輪的直徑是D，待檢測(cè)的試樣厚度是h，常數(shù)π取值≈3.14。

圖3 阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)

首先分別選取兩種工藝（SSM低溫一步法混煉工藝和傳統(tǒng)法混煉工藝）生產(chǎn)的胎面終煉膠，各3車制作試樣，總計(jì)6個(gè)試樣進(jìn)行磨耗測(cè)定。

2.3.2 測(cè)試結(jié)果及分析

測(cè)試試樣的磨耗體積V=(m1-m2）/ρ，計(jì)量單位是cm3。測(cè)試中磨耗體積越小，表明被測(cè)試胎面膠料的耐磨性越好。測(cè)量及計(jì)算結(jié)果整理數(shù)據(jù)形成表4，展示如下：

表4 不同混煉工藝生產(chǎn)胎面膠的阿克隆磨耗對(duì)比

通過表4中的數(shù)據(jù)，我們可以看出，胎面膠的磨耗體積量，一次法工藝較傳統(tǒng)法工藝整體有大幅度降低，與2.2中的實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)論互為佐證。表4對(duì)比分析了SSM低溫一步法混煉工藝和傳統(tǒng)法混煉工藝分別生產(chǎn)胎面膠的耐磨性，結(jié)論為，SSM低溫一步法混煉工藝相比傳統(tǒng)法提升量大約為52%。

3 結(jié)論

通過對(duì)比分析SSM低溫一步法混煉工藝與傳統(tǒng)煉膠工藝的工藝過程，并對(duì)其生產(chǎn)的胎面膠進(jìn)行測(cè)試分析形成以下結(jié)論：

（1）磨耗性能數(shù)據(jù)，SSM低溫一步法混煉工藝較傳統(tǒng)煉膠工藝的工藝生產(chǎn)膠料提升較大，磨耗性能約提升52%。

（2）SSM低溫一步法混煉工藝生產(chǎn)的胎面膠料的定伸應(yīng)力、斷裂伸長(zhǎng)率等均較優(yōu)；SSM低溫一步法混煉工藝生產(chǎn)的炭黑、白炭黑的分散度優(yōu)，與胎面膠料耐磨性有較大提升可進(jìn)行相互佐證。

（3）SSM低溫一步法混煉工藝生產(chǎn)的胎面膠料在磨耗性能、拉伸性能、流動(dòng)性等方面的提升，保證了成品輪胎的胎面的穩(wěn)定性，輪胎外觀及胎面整體的耐磨性能得到保證，提高了成品輪胎的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。