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        36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線(xiàn)輪胎的研制

        2022-07-20 01:04:16王傳鑄王銀竹殷洪鑫劉利民
        橡膠工業(yè) 2022年6期
        關(guān)鍵詞:二苯醚胎側(cè)氧指數(shù)

        王傳鑄,趙 君,王銀竹,殷洪鑫,劉利民

        [泰凱英(青島)專(zhuān)用輪胎技術(shù)研究開(kāi)發(fā)有限公司,山東 青島 266100]

        渣包車(chē)是一種冶金渣水的專(zhuān)用運(yùn)輸車(chē),屬于特殊用途工程機(jī)械車(chē)輛,主要用于運(yùn)輸溫度為 1 100~1 300 ℃的廢渣水[1-2]。由于渣包車(chē)輪胎在使用過(guò)程中胎面和胎側(cè)極易被高溫渣水灼燒而引起輪胎燃燒失效,導(dǎo)致輪胎的使用壽命短和車(chē)輛的運(yùn)輸成本高[3];此外,輪胎燃燒失效極易導(dǎo)致輪胎爆破而使高溫廢渣水傾瀉出來(lái),造成極大的安全事故[4]。

        市場(chǎng)調(diào)研結(jié)果顯示,某型號(hào)渣包車(chē)配套國(guó)際某知名品牌36.00R51巨型工程機(jī)械子午線(xiàn)輪胎,用于運(yùn)輸冶煉后的高溫渣水,其輪胎在使用過(guò)程全部燃燒失效,平均壽命僅2~4個(gè)月,而花紋磨損不到5%,輪胎的使用成本極高。針對(duì)此特殊工況特點(diǎn),我公司設(shè)計(jì)阻燃胎面膠和胎側(cè)膠配方[5-9],并對(duì)輪胎材料分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),開(kāi)發(fā)了36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線(xiàn)輪胎,將其使用壽命延長(zhǎng)到4個(gè)月以上,滿(mǎn)足了客戶(hù)需求?,F(xiàn)將產(chǎn)品設(shè)計(jì)情況簡(jiǎn)介如下。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 主要原材料

        天然橡膠(NR),STR20,泰國(guó)進(jìn)口產(chǎn)品;順丁橡膠(BR),牌號(hào)9000,中國(guó)石化北京燕山石油化工有限公司產(chǎn)品;丁苯橡膠(SBR),牌號(hào)1502,德國(guó)朗盛公司產(chǎn)品;炭黑N220和N330,江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品;白炭黑,羅地亞白炭黑(青島)有限公司產(chǎn)品;十溴二苯醚、硼酸鋅和三氧化二銻,濟(jì)南泰星精細(xì)化工有限公司產(chǎn)品。

        1.2 配方

        常規(guī)胎面膠配方:NR 80,SBR 20,炭黑N220 60,氧化鋅 3,防老劑4020/RD 3.5,促進(jìn)劑TBBS/硫黃 2.7,其他 3.5。

        阻燃胎面膠配方:NR 80,SBR 20,炭黑N220 35,白炭黑 20,氧化鋅 3,防老劑4020/RD 3.5,十溴二苯醚/硼酸鋅/三氧化二銻 38,促進(jìn)劑TBBS/硫黃 2.9,其他 3.5。

        常規(guī)胎側(cè)膠配方:NR 45,BR 55,炭黑N330 52,氧化鋅 5,防老劑4020/RD/DTPD 3.9,促進(jìn)劑TBBS/硫黃 2.25,其他 5.1。

        阻燃胎側(cè)膠配方:NR 50,BR 50,炭黑N330 44,白炭黑 7,氧化鋅 5,防老劑4020/RD/DTPD 3.9,十溴二苯醚/硼酸鋅/三氧化二銻 35,促進(jìn)劑TBBS/硫黃 2.55,其他 5.1。

        1.3 主要設(shè)備和儀器

        XK-160型開(kāi)煉機(jī),上海橡膠機(jī)械廠(chǎng)產(chǎn)品;GK270型和GK400型密煉機(jī),益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品;XLB-Q 400×400×2型平板硫化機(jī),上海第一橡膠機(jī)械廠(chǎng)有限公司產(chǎn)品;MDR2000型硫化儀和T2000型拉力機(jī),美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;橡膠氧指數(shù)測(cè)試儀,沈陽(yáng)紫微恒檢測(cè)設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

        1.4 膠料混煉

        (1)常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠的混煉采用常規(guī)混煉工藝[10]。

        (2)阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的混煉工藝如下。

        小配合試驗(yàn)?zāi)z料在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行混煉,加料順序?yàn)椋荷z→小料→炭黑和白炭黑→十溴二苯醚、硼酸鋅和三氧化二銻→硫黃和促進(jìn)劑。

        大料配合試驗(yàn)?zāi)z料在密煉機(jī)中進(jìn)行混煉,采用3段混煉工藝。

        一段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為42 r·min-1,排膠溫度為(165±4)℃,加料順序?yàn)椋荷z、小料→炭黑、1/2十溴二苯醚、硼酸鋅和三氧化二銻→排膠、冷卻、下片。

        二段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為39 r·min-1,排膠溫度為(160±4)℃,加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z(停放6~32 h)→白炭黑、剩余1/2十溴二苯醚→排膠、冷卻、下片。

        三段混煉在GK270型密煉機(jī)中混煉,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1,排膠溫度為(105±4)℃,加料順序?yàn)椋憾位鞜捘z(停放6~32 h)→硫黃、促進(jìn)劑→排膠、冷卻、下片。

        1.5 性能測(cè)試

        各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 小配合試驗(yàn)

        小配合試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

        表1 小配合試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Laboratory test results

        從表1可以看出:與常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠相比,阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的硫化特性變化不大;300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率降低;胎側(cè)膠的屈撓壽命縮短;阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的氧指數(shù)均達(dá)到24%以上,阻燃胎面膠的阻燃性能比常規(guī)胎面膠提高36%,阻燃胎側(cè)膠的阻燃性能比常規(guī)胎側(cè)膠提高28%。

        2.2 大配合試驗(yàn)

        大配合試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

        從表2可以看出:與常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠相比,阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的硫化特性變化不大,300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率降低;胎側(cè)膠的屈撓壽命縮短;阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的氧指數(shù)均達(dá)到24%以上,阻燃胎面膠的阻燃性能比常規(guī)胎面膠提高37%,阻燃胎側(cè)膠的阻燃性能比常規(guī)胎側(cè)膠提高29%。大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果一致。

        表2 大配合試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Workship test results

        雖然阻燃胎面膠的磨耗性能比常規(guī)胎面膠降低,但考慮到輪胎在實(shí)際使用中花紋磨損極小時(shí)即失效,因此阻燃輪胎的耐磨性能完全滿(mǎn)足使用要求。

        在室內(nèi)使用酒精燈點(diǎn)燃常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠試片以及阻燃胎面膠和胎側(cè)膠試片,酒精燈移除后常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠試片劇烈燃燒至盡,而阻燃胎面膠和胎側(cè)膠試片在酒精燈移開(kāi)后5 s內(nèi)迅速熄滅,阻燃性能良好。分析認(rèn)為:膠料的氧指數(shù)增大,阻燃性能提高[11-14],大氣中氧氣含量約為21%,常規(guī)胎面膠和胎側(cè)膠的氧指數(shù)均低于19%,因此在空氣中著火后可劇烈燃燒;阻燃胎面膠和胎側(cè)膠的氧指數(shù)均在24%以上,阻燃性能大幅提高,在空氣中被引燃后可自滅。

        阻燃胎側(cè)膠的屈撓壽命比正常胎側(cè)膠縮短17%,常規(guī)輪胎實(shí)際使用30個(gè)月時(shí)胎側(cè)無(wú)裂口問(wèn) 題[15-16],據(jù)此推算阻燃胎側(cè)膠可保證使用24個(gè)月以上無(wú)裂口問(wèn)題,完全滿(mǎn)足客戶(hù)4個(gè)月以上使用壽命需求。

        2.3 成品輪胎路試

        根據(jù)阻燃胎面膠和胎側(cè)膠性能及客戶(hù)需求,對(duì)36.00R51巨型工程機(jī)械子午線(xiàn)輪胎胎側(cè)和胎面材料分布進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)[17],并應(yīng)用阻燃胎面膠和胎側(cè)膠試生產(chǎn)4條36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線(xiàn)輪胎發(fā)往某煉鋼廠(chǎng)進(jìn)行路試。

        36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線(xiàn)輪胎與競(jìng)品輪胎的路試結(jié)果對(duì)比如表3所示。

        從表3可知,阻燃輪胎除1條抗刺扎失效外,其余3條均為炭化失效,平均使用壽命達(dá)到154 d(約5個(gè)月),達(dá)到客戶(hù)4個(gè)月以上的使用壽命要求,較4條燃燒失效的競(jìng)品輪胎的平均壽命(110 d)延長(zhǎng)了44 d,延長(zhǎng)40%。使用阻燃輪胎經(jīng)濟(jì)效益明顯,可顯著降低客戶(hù)的輪胎使用成本、提高渣水運(yùn)輸過(guò)程中的安全性,產(chǎn)品獲得客戶(hù)的認(rèn)可。

        表3 成品輪胎路試結(jié)果Tab.3 Road test results of finished tires

        3 結(jié)論

        (1)小配合和大配合試驗(yàn)結(jié)果表明,采用十溴二苯醚、硼酸鋅、三氧化二銻阻燃材料的阻燃胎面膠和胎側(cè)膠,其氧指數(shù)達(dá)到24%以上,阻燃性能大幅提高。

        (2)成品輪胎路試結(jié)果表明,采用阻燃胎面膠和胎側(cè)膠試制的36.00R51阻燃巨型工程機(jī)械子午線(xiàn)輪胎可有效防止高溫廢渣水灼燒輪胎引起的輪胎燃燒失效,平均使用壽命達(dá)到154 d,比競(jìng)品輪胎使用壽命延長(zhǎng)40%,不但降低了輪胎的使用成本,更是降低了渣包車(chē)運(yùn)輸過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

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