張偉 李萬嶺 褚風(fēng)民

大型耐寒農(nóng)業(yè)輪胎的胎面配方設(shè)計

張偉 李萬嶺 褚風(fēng)民

（天津市橡膠工業(yè)研究所有限公司，天津，300384）

通過對比生膠的種類和用量，在保證各項性能基本持平的前提下，獲得了耐寒性最佳的胎面配方。

農(nóng)業(yè)輪胎；耐寒；胎面配方

農(nóng)業(yè)作為社會的基礎(chǔ)行業(yè)，在生產(chǎn)生活、經(jīng)濟建設(shè)和社會文化等多個方面有著十分重要的作用[1]；農(nóng)用機械是推動農(nóng)業(yè)高效作業(yè)的重要機械，農(nóng)用機械的使用，極大地促進了農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展[2]；農(nóng)用輪胎作為農(nóng)用機械的配套設(shè)施，不僅應(yīng)該具備保護土壤、高牽引、抗刺扎等功能[3]，同時應(yīng)具備對不同地域的環(huán)境適應(yīng)性。

本文針對用于東北、東西伯利亞、西西伯利亞等具有典型寒冷氣候的農(nóng)用輪胎，設(shè)計了專用的耐寒胎面，使其在滿足國內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)的前提下[4]，具有足夠的耐寒特性，避免因高寒而導(dǎo)致的輪胎早期損壞。

1 實驗

丁苯橡膠因其耐切割[5]的特點被普遍應(yīng)用于農(nóng)業(yè)胎的胎面配方中，但其玻璃化溫度較高，耐寒型較差[6]，因此在高寒地區(qū)容易出現(xiàn)崩花掉塊和胎面凍裂等問題；順丁橡膠的分子柔順行較大，具有極佳的低溫性能[7]，因此常被用于耐寒制品，但其抗刺扎，抗撕裂性能較差；對比生膠的種類和用量對膠料各項性能的影響，以獲得最佳的胎面配方。

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產(chǎn)品；丁苯橡膠，SBR1500，中國石油蘭州石化公司；順丁橡膠（BR），CB22，ARLANXEO公司；炭黑N220，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品；環(huán)保芳烴油TDAE，德國漢盛公司產(chǎn)品；粉狀硫磺，辛集桂楓公司產(chǎn)品；促進劑NS，山東尚舜公司產(chǎn)品；其余產(chǎn)品均為市售。

1.2 配方

設(shè)計試驗配方如下表，其中1#為原始配方，2#～9#配方為試驗配方。

表1 配方中的變量部分藥品

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160開煉機，廣東湛江機械廠產(chǎn)品；實驗用1.5L密煉機，廣州華工百川自控科技有限公司產(chǎn)品；600×600型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀、MV2000E型門尼粘度儀，美國Instron公司產(chǎn)品；動態(tài)熱機械分析儀，法國Metravib公司產(chǎn)品；6800型電子拉力機，美國Instron公司產(chǎn)品；GABOMETER2000型壓縮生熱儀，德國GABO公司產(chǎn)品；ZWICK5091型回彈儀，德國ZWICK公司產(chǎn)品，Akron磨耗試驗機，臺灣高鐵檢測儀器有限公司；耐切割試驗機，臺灣高鐵檢測儀器有限公司。

1.4 試樣制備

采用兩段工藝：

一段在實驗用1.5L密煉機上進行，混煉工藝為：初始轉(zhuǎn)速60rpm，先將NR、炭黑加入，混煉50秒，提上頂栓，加剩余小料，壓上頂栓，混煉50秒，提上頂栓翻膠，壓上頂栓至160℃排膠；一段混煉完成后，停放24小時。

二段在開煉機上進行，混煉工藝為：母膠上輥預(yù)熱，待母膠預(yù)熱完全，將輥距調(diào)整至5～7毫米，均勻加入硫化劑、促進劑等剩余藥粉，待藥粉完全吃凈，將輥距調(diào)整至1毫米，打三個三角包，然后調(diào)節(jié)輥距至合適厚度，將混煉膠出片。

混煉完成后，樣品在實驗室環(huán)境下停放24h，然后根據(jù)測試要求進行試樣制備和硫化，硫化好的樣品在實驗室環(huán)境下停放24h后方可進行測試。

國標(biāo)外的測試至少需要測試3個樣品，保證各個測試數(shù)據(jù)之間的相對誤差在15%以內(nèi)，否則需要加測樣品。

1.5 測試分析

對各個配方進行測試的項目及標(biāo)準(zhǔn)如下：

I、拉伸測試：GB/T 528-2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》。

II、撕裂測試GB/T 529-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強度的測定（褲形、直角形和新月形試樣）》。

III、硬度測試：GB/T 531.1-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠壓入硬度試驗方法第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》。

IV、密度測試：GB/T 533-2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠密度的測定》。

V、門尼粘度測試：GB/T 1232.1-2000《未硫化橡膠圓盤剪切粘度測定-門尼粘度的測定》。

VI、回彈測試：GB/T 1681-2009《硫化橡膠回彈性的測定》。

VII、壓縮生熱測試：GB/T 1687-1993《硫化橡膠在曲撓試驗中溫升和耐疲勞性能的測定第2部分：壓縮屈撓試驗》。

VIII、流變性能測試：GB/T 33095.1-2006《未硫化橡膠用動態(tài)無轉(zhuǎn)子流變儀測定流變性能第一部分：頻率掃描法》。

IX、耐切割測試：試驗樣品轉(zhuǎn)速80rpm，切刀切割頻率120次/min。

X、Akron磨耗測試：GB/T 1689-2014《硫化橡膠耐磨性能的測定(用阿克隆磨耗試驗機)》。

XI、玻璃化溫度測試：ASTM D7028-2007《Standard Test Method for Glass Transition Temperature(DMA Tg) of Polymer Matrix composites by Dynamic Mechanical Analysis(DMA)》。

2 結(jié)果與討論

2.1 加工性能和流變性能

試驗?zāi)z的加工性能和硫化特性如下表。

從表1中可以看出，生膠種類和用量的調(diào)整對門尼的影響不大。但因天然橡膠具有更高的反應(yīng)活性，使用天然橡膠和順丁橡膠替換丁苯橡膠后，混煉膠的門尼焦燒和t時間逐漸縮短，這一點對加工和硫化不利；但使用順丁橡膠同時替換天然膠和丁苯橡膠后，混煉膠的流變特性得以平衡。

表1 門尼及流變儀測試結(jié)果

2.2 物理機械性能

根據(jù)流變儀的測試結(jié)果，制定硫化條件為：149℃×30min。測試結(jié)果如表2。

從表2中可以看出，隨合成膠用量的增加，硫化膠的300%定伸應(yīng)力和強度整體上呈下降趨勢，滯后損失呈上升趨勢，撕裂強度呈下降趨勢。使用順丁橡膠同時替換天然橡膠和丁苯橡膠，以提高天然膠的相對用量，對提高硫化膠的抗撕裂性能有著正向的意義。

表2 物理機械性能

2.3 膠料的胎面性能

作為農(nóng)業(yè)胎的胎面配方，要求其有足夠的耐磨性能和耐刺扎性能，相應(yīng)的測試結(jié)果如表3。

從表3中可以看出，單純使用天然橡膠替換丁苯橡膠后，其耐磨性能和耐切割性能均呈下降趨勢；單純使用順丁橡膠替換丁苯橡膠后，其耐磨性明顯變好，但其耐切割性能明顯變差；使用順丁橡膠同時替換天然膠和丁苯膠后，其耐磨性能基本持平，耐切割性能有所下降但下降程度有所緩和。

表3 胎面性能

2.4 膠料的玻璃化溫度

硫化膠的玻璃化溫度測試結(jié)果如表4。

從表4中可以看出，使用天然橡膠或順丁橡膠替換丁苯橡膠，均可有效的降低硫化膠的玻璃化溫度，且順丁橡膠的作用更加明顯。

表4 膠料的玻璃化溫度

2.5 總結(jié)

綜上，8#配方實現(xiàn)了膠料的耐寒型與其他各項性能之間的最佳平衡。

3 結(jié)論

I、使用天然橡膠或順丁橡膠替換丁苯橡膠會對膠料的硫化速度和加工安全性造成不同程度的影響，并且天然膠的影響更大。

II、使用天然橡膠或順丁橡膠替換丁苯橡膠后，膠料的耐切割性能會有不同程度的下降，且順丁橡膠的耐切割性能更差。

III、使用天然橡膠或順丁橡膠替換丁苯橡膠可以有效的提高配方的耐寒性能，且順丁橡膠的作用更加明顯。

IV、合理調(diào)整生膠的比例，使用10份順丁橡膠替換5份天然橡膠和5份丁苯橡膠，可以使配方在保持其他各項性能基本不變的前提下，獲得更佳的耐寒性能。

[1]馬晶晶,姜雙雙.論農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的特點及作用[J].綠色科技,2013(08):287-290.

[2]姜魯.農(nóng)機使用過程中常見故障分析及解決[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研究,2016(02):12.

[3]劉婞韜,徐嵐俊,李小龍,張傳帥,等.超低壓子午線農(nóng)用輪胎試驗應(yīng)用與推廣前景[J].農(nóng)業(yè)工程,2016(S2):4.

[4]周鵬程,耐熱氧老化的低切割量復(fù)合胎面膠開發(fā).山東省,三角輪胎股份有限公司,2019-12-27.

[5]張偉,張培亭,肖建斌.常用橡膠的低溫性能研究[J].特種橡膠制品,2019,40(04):27-29.

[6]Lee DH, Li X, Cho UR .A Study on Properties of SSBR/NdBR Rubber Composites Reinforced by Silica[J]. Elastomers and composites, 2018, 53.

[7]苗珍珍.硫化體系對SBR/NR并用膠性能的影響[J].橡膠科技,2021,19(05):232-236.

張偉（1990～）2015年畢業(yè)于沈陽化工大學(xué)，現(xiàn)任天津市橡膠工業(yè)研究所工藝工程師，主要從事橡膠制品工藝開發(fā)和管理。