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        耐裂口高氣密性全鋼子午線輪胎氣密層膠配方的開發(fā)

        2022-11-30 07:17:20董凌波周鵬程周忠偉于志勇
        輪胎工業(yè) 2022年11期
        關(guān)鍵詞:氣密裂口氣密性

        崔 曉,董凌波,周鵬程,李 超,周忠偉,于志勇

        (三角輪胎股份有限公司,山東 威海 264200)

        輪胎氣密層的主要作用是密封氣體,阻止氧氣和水蒸氣向輪胎內(nèi)部滲透,保持輪胎內(nèi)部充氣壓力,防止輪胎內(nèi)部各部件氧化[1]。溴化丁基橡膠(BIIR)由于富有密集的側(cè)甲基分子鏈結(jié)構(gòu),其化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性較高,氣密性較好,因此成為輪胎氣密層用主要膠種[2]。但全BIIR的氣密層存在成本高、粘合性能差等缺點(diǎn),通常要與其他膠種并用[3];同時(shí)添加納米碳酸鈣等無機(jī)填料,雖然價(jià)格便宜,但氣密性會(huì)降低。隨著輪胎的長(zhǎng)期使用,尤其是公交車輪胎,載質(zhì)量大且剎車頻繁,氣密層膠的透氣率高且長(zhǎng)期處于屈撓變形狀態(tài),導(dǎo)致氣密層出現(xiàn)裂口現(xiàn)象。

        本工作開發(fā)了一種耐裂口高氣密性全鋼子午線輪胎氣密層膠配方,可使輪胎的氣密性和耐屈撓裂口性能得到提高,同時(shí)改善輪胎使用后期出現(xiàn)的氣密層裂口問題。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 主要原材料

        BIIR,牌號(hào)2222,??松梨诨す井a(chǎn)品;炭黑N660,蘇州寶化炭黑有限公司產(chǎn)品;無機(jī)填料Suprex,益瑞石北美陶瓷技術(shù)集團(tuán)產(chǎn)品;環(huán)保油,TUDALEN 5138,德國(guó)漢圣公司產(chǎn)品;硫化劑S200-1,無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產(chǎn)品;促進(jìn)劑MBTS,榮成市化工總廠有限公司 產(chǎn)品。

        1.2 配方

        全鋼子午線輪胎氣密層膠配方見表1。

        表1 全鋼子午線輪胎氣密層膠配方 份

        1.3 主要設(shè)備和儀器

        XM370型密煉機(jī),大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品;MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀,美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;Instron 3367型電子拉力試驗(yàn)機(jī),美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品;壓差法氣體滲透儀,濟(jì)南蘭光機(jī)電有限公司產(chǎn)品;MD-HL1804型輪胎氣密性試驗(yàn)機(jī),上海銘控傳感技術(shù)有限公司產(chǎn)品;WORLDEK-TS1200型輪胎氮氧老化試驗(yàn)機(jī),昆山創(chuàng)研科技有限公司產(chǎn)品;GT-7011-D型屈撓試驗(yàn)機(jī),中國(guó)臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品。

        1.4 混煉工藝

        大配合膠料采用兩段混煉工藝,均在XM370型密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r?min-1,混煉工藝為:生膠、炭黑、填料、氧化鎂和烴類樹脂混合物→壓壓砣35 s→提壓砣,清掃10 s→環(huán)保油→壓壓砣35 s→提壓砣,清掃10 s→壓壓砣→排膠(125 ℃);二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r?min-1,混煉工藝為:一段混煉膠、氧化鋅、硫化劑S200-1和促進(jìn)劑MBTS→壓壓砣35 s→提壓砣,清掃10 s→壓壓砣30 s→提壓砣,清掃10 s→壓壓砣30 s→排膠(105 ℃),擠出下片。

        1.5 性能測(cè)試

        (1)物理性能。各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)的國(guó)家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

        (2)氣密性。膠料的氣密性采用壓差法氣體滲透儀進(jìn)行測(cè)試,輪胎的氣密性采用輪胎氣密性試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。輪胎氣密性測(cè)試條件:溫度為23 ℃,標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力,標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷,停放3個(gè)月,測(cè)試輪胎的充氣壓力保持率。

        (3)耐屈撓性能。按照GB/T 13934—2006進(jìn)行測(cè)試,屈撓頻率為300次?min-1。

        (4)耐氮氧老化性能。采用輪胎氮氧老化試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試,測(cè)試條件為:溫度 65 ℃,將氮?dú)馀c氧氣混合(體積比為1∶1),按照標(biāo)準(zhǔn)氣壓充入輪胎內(nèi)部,每周定期測(cè)量并補(bǔ)充氣體,測(cè)試周期為35 d。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 理化分析

        納米碳酸鈣和無機(jī)填料Suprex的理化分析結(jié)果如表2所示。

        從表2可以看出:納米碳酸鈣的pH值大于7,呈堿性,而無機(jī)填料Suprex的pH值小于7,呈酸性,且硫含量小于納米碳酸鈣;兩種填料的理化性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

        表2 兩種填料的理化分析結(jié)果

        2.2 大配合試驗(yàn)

        2.2.1 硫化特性

        膠料的硫化特性如表3所示。

        表3 膠料的硫化特性

        從表3可以看出,與生產(chǎn)配方膠料相比,試驗(yàn)配方膠料的t5和t90延長(zhǎng)。這是因?yàn)樵囼?yàn)配方中加入了無機(jī)填料Suprex,其在橡膠基體中具有一定的隔熱作用[2],且本身偏酸性,導(dǎo)致膠料的門尼焦燒時(shí)間延長(zhǎng),硫化速度減慢。

        2.2.2 物理性能

        硫化膠的物理性能如表4所示。

        從表4可以看出,與生產(chǎn)配方硫化膠相比,試驗(yàn)配方硫化膠的硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、拉斷永久變形和撕裂強(qiáng)度明顯增大,其他性能相當(dāng)。這是由于試驗(yàn)配方中加入了無機(jī)填料Suprex,含膠率降低,且環(huán)保油用量減小。

        表4 硫化膠的物理性能

        2.2.3 氣密性

        膠料的氣密性如表5所示。

        表5 膠料的氣密性

        通常以透氣量和透氣率來表征膠料的氣密性,透氣量和透氣率越小,表明膠料的氣密性越好。從表5可以看出,試驗(yàn)配方膠料的氣密性比生產(chǎn)配方膠料提高了40%以上。這主要是由于試驗(yàn)配方中加入了無機(jī)填料Suprex,片層狀填料分散在橡膠基體中,延長(zhǎng)了氣體的行進(jìn)路程,從而提高了膠料的氣密性。

        2.2.4 耐屈撓性能

        膠料的耐屈撓性能如表6所示。

        表6 膠料的屈撓等級(jí)

        從表6可以看出:屈撓20萬次后,生產(chǎn)配方膠料出現(xiàn)了針眼,而試驗(yàn)配方膠料無針眼;屈撓70萬次后,試驗(yàn)配方膠料一直未出現(xiàn)針眼;屈撓120萬次后,試驗(yàn)配方膠料出現(xiàn)了針眼,生產(chǎn)配方膠料出現(xiàn)了2 mm裂口。這表明試驗(yàn)配方膠料的耐屈撓性能比生產(chǎn)配方膠料提高了50%以上。

        2.2.5 耐裂口性能

        膠料的耐裂口性能如表7所示。

        從表7可以看出,試驗(yàn)配方膠料的裂紋增長(zhǎng)率比生產(chǎn)配方膠料減小56%。這是由于無機(jī)填料Suprex為片層狀結(jié)構(gòu),可均勻分散在膠料中,從而改變了裂紋的增長(zhǎng)路徑,延緩了裂紋增長(zhǎng)速度,這也表明試驗(yàn)配方膠料的耐裂口性能比生產(chǎn)配方膠料提高了50%以上。

        表7 膠料的耐裂口性能

        2.3 成品輪胎性能

        分別采用試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料試制295/80R22.5 16PR TR686輪胎,并對(duì)成品性能進(jìn)行測(cè)試。

        2.3.1 耐久性能

        分別對(duì)輪胎的胎冠和胎體進(jìn)行耐久性試驗(yàn),耐久時(shí)間(室內(nèi)機(jī)床試驗(yàn)至輪胎損壞為止)測(cè)試結(jié)果如表8所示。

        表8 成品輪胎的耐久時(shí)間 h

        從表8可以看出,試驗(yàn)輪胎胎冠和胎體的耐久時(shí)間均比生產(chǎn)輪胎延長(zhǎng),說明試驗(yàn)輪胎的耐久性能優(yōu)于生產(chǎn)輪胎。

        2.3.2 氣密性

        輪胎充氣壓力與測(cè)試時(shí)間的關(guān)系曲線如圖1 所示。

        圖1 輪胎充氣壓力與測(cè)試時(shí)間的關(guān)系曲線

        從圖1可以看出:隨著測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng),生產(chǎn)輪胎和試驗(yàn)輪胎的充氣壓力均呈下降趨勢(shì);測(cè)試7 d內(nèi)的充氣壓力下降幅度較大,測(cè)試后期的充氣壓力下降幅度減小且趨于穩(wěn)定。分析認(rèn)為,由于輪胎在充氣狀態(tài)下靜止停放,輪胎內(nèi)腔與胎里之間存在一定的壓差,導(dǎo)致氣體快速向胎里滲透,滲透一定時(shí)間后內(nèi)外壓差趨于平衡,氣壓保持不變。

        從圖1還可以看出,生產(chǎn)輪胎和試驗(yàn)輪胎的充氣壓力損失率分別為1.4%和0.8%,試驗(yàn)輪胎的充氣壓力保持率比生產(chǎn)輪胎增大。這主要是由于試驗(yàn)輪胎的氣密性優(yōu)于生產(chǎn)輪胎。

        2.3.3 耐氮氧老化性能

        輪胎氮氧老化氣壓與測(cè)試時(shí)間的關(guān)系曲線如圖2所示。

        圖2 輪胎氮氧老化氣壓與測(cè)試時(shí)間的關(guān)系曲線

        從圖2可以看出,經(jīng)過35 d氮氧老化試驗(yàn)后,試驗(yàn)輪胎的氣壓下降幅度比生產(chǎn)輪胎小。這是由于試驗(yàn)配方中增加了無機(jī)填料Suprex,提高了膠料的氣密性,增大了輪胎的氣壓保持率。

        經(jīng)氮氧老化試驗(yàn)后對(duì)輪胎胎冠進(jìn)行耐久性試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

        從表9可以看出,經(jīng)過35 d氮氧老化試驗(yàn)后,試驗(yàn)輪胎胎冠的耐久時(shí)間比生產(chǎn)輪胎延長(zhǎng),耐久性能提高。從輪胎損壞形式分析,由于生產(chǎn)輪胎的氣密性差,導(dǎo)致氣體滲透至胎側(cè)鼓包脫層;試驗(yàn)輪胎的氣密性好,試驗(yàn)結(jié)束時(shí)由于輪胎帶束層端點(diǎn)應(yīng)力集中熱量累積而引起了胎面龜裂。

        表9 氮氧老化試驗(yàn)后輪胎胎冠耐久性試驗(yàn)結(jié)果

        3 結(jié)論

        在全鋼子午線輪胎氣密層膠配方中,通過添加無機(jī)填料Suprex,減小炭黑N660和環(huán)保油用量,并調(diào)整硫化體系,膠料的門尼焦燒時(shí)間和硫化時(shí)間延長(zhǎng),硫化膠的物理性能、氣密性、耐屈撓和耐裂口性能提高;成品輪胎的耐久性能、氣密性和耐氮氧老化性能提高。

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