半钢子午胎胎体帘布胶配方优化
张俊伟 熊国华 李 冬 王廷华 刘晓庆
（四川轮胎橡胶（集团）股分，四川 简阳 641402）
摘要：本研究优化半钢子午胎胎体帘布胶配方。结果说明，在胎体帘布胶中扩大合成胶用量，并用白炭黑后，胶料定伸应力和H抽出力增加，抗硫化返原性和耐热老化性能提升。成品轮胎的高速性能维持一致、耐久性能可提高。有利于节约原材料本钱。
关键词：胎体帘布胶；粘合性能；抗硫化返原性；老化性能
半钢子午胎胎体帘布胶要求定伸应力高、耐屈挠性能好、与帘线粘合性能优良；同时半钢子午胎利用高温硫化工艺，对胶料的抗硫化返原性要求较高。通常在半钢胎体帘布胶配方中并用天然胶与丁苯胶，配合利用间甲粘合体系。本课题对半钢胎体帘布胶配方进行优化，增加合成胶用量，同时并用少量白炭黑，以提高胶料粘合性能和抗硫化返原性。
1 实验
要紧原材料
配方
生产配方：NR ，SBR1723 ，炭黑N660 ，活化剂（氧化锌/硬脂酸），防老剂 ，间甲树脂 ，增进剂 ，不溶性硫黄 ，其它 。
实验配方：NR ，SBR1723 ，BR9000 ，炭黑N660 ，白炭黑，增进剂 其余组分同生产配方。
要紧设备和仪器
XK-160型开炼机，广东湛江机械厂产品；GK400N和GK255N型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团产品；平板硫化机，湖州宏侨橡胶机械产品；UM-2050型门尼粘度仪、UR-2020型无转子硫化仪、UT-2060型电子拉力实验机，台湾优肯科技股分产品；曲折实验机，高铁检测仪
器；401A型老化实验箱，江都市天源实验机械产品；轮胎耐久性实验机、高速里程实验机，天津车轮实验中心产品。
试样制备
小配合实验在XK-160型开炼机上分两段混炼，前后辊筒转速比为1:。一段混炼加料顺序为：生胶→除增进剂、硫黄外的其他配合剂→炭黑→下片。一段混炼胶停放4h后进行二段混炼，混炼加料顺序为：一段混炼胶→增进剂、硫黄等→打3次三角包→薄通3次→下片。混炼胶至少停放8h后在平板硫化机上硫化。
大配合实验为三段混炼工艺。一段混炼在GK400N型密炼机中进行，转子转速为45r/min，加料顺序为：天然胶→3/4炭黑（和白炭黑），排胶温度为（160±5）℃；二段混炼在GK400N型密炼机中进行，转子转速为40r/min，加料顺序为：一段混炼胶、除增进剂和硫黄之外的配合剂→1/4炭黑→油料，排胶温度为（150±5）℃；三段混炼在GK255N密炼机中进行，转子转速为22 r/min，加料顺序为：二段混炼胶→增进剂和硫黄等，排胶温度为（100±5）℃。各段胶料停放时刻很多于4h，胶料贮存温度低于40℃。
性能测试
胶料各项性能均按国家标准或行业标准进行测试。
2 结果与讨论
小配合实验
小配合实验结果如表1所示。
从表1能够看出，与生产配方相较，实验配方焦烧时刻较长，硫化速度略慢，这是由于配方中加入白炭黑，因此胶料硫化速度减慢，可是胶料加工平安性提高，也有利于硫化进程中胶料充分浸入帘线。由于增加填料用量，实验配方300%定伸应力略高于生产配方；同时由于白炭黑具有吸收胶料中水分的作用，实验配方与胎体帘线的H 抽出力稍高于生产配方。实验配方在160℃×15min和160℃×25min的300%定伸应力、拉伸强度的转变明显小于生产配方；在100℃×48h老化后实验配方的性能转变小于生产配方，说明实验配方抗硫化返原性和耐热老化性能优于生产配方。
表2 小配合试验结果 | ||||||
项目 | 试验配方 | 生产配方 | ||||
门尼粘度[ML(1+4)100℃] | 51 | 49 | ||||
焦烧时间（127℃） | ||||||
t5/min | ||||||
t35/min | ||||||
硫化仪数据（160℃） | ||||||
ML/(dN·m) | ||||||
MH/(dN·m) | ||||||
t10/min | ||||||
t90/min | ||||||
t90-t10/min | ||||||
硫化时间（160℃）/min | 15 | 20 | 25 | 15 | 20 | 25 |
密度/(g/cm3) | ||||||
邵尔A型硬度/度 | 61 | 61 | 61 | 59 | 59 | 60 |
300%定伸应力/MPa | ||||||
拉伸强度/MPa | ||||||
拉断伸长率/% | 455 | 431 | 452 | 410 | 401 | 433 |
拉断永久变形/% | 20 | 18 | 18 | 22 | 20 | 17 |
撕裂强度/(kN/m) | 108 | 112 | ||||
H抽出力1)/℃ | 163 | 152 | ||||
100℃×48h老化后 | ||||||
邵尔A型硬度/度 | 63 | 64 | ||||
300%定伸应力/MPa | ||||||
拉伸强度/MPa | ||||||
拉断伸长率/% | 351 | 312 | ||||
拉断永久变形/% | 10 | 12 | ||||
注：1）H抽出力所有帘线为聚脂帘线DSP1100dtex | ||||||
轮胎帘布 车间大配合实验
车间大料实验结果见表2。从表2可见大配合实验结果与小配合实验大体一致。
表2 车间大料试验结果 | ||||||
项目 | 试验配方 | 生产配方 | ||||
门尼粘度[ML(1+4)100℃] | 53 | 51 | ||||
焦烧时间（127℃） | ||||||
t5/min | ||||||
t35/min | ||||||
硫化仪数据（160℃） | ||||||
ML/(dN·m) | ||||||
MH/(dN·m) | ||||||
t10/min | ||||||
t90/min | ||||||
t90-t10/min | ||||||
硫化时间（160℃）/min | 15 | 20 | 25 | 15 | 20 | 25 |
密度/(g/cm3) | ||||||
邵尔A型硬度/度 | 61 | 61 | 62 | 59 | 60 | 60 |
300%定伸应力/MPa | ||||||
拉伸强度/MPa | ||||||
拉断伸长率/% | 443 | 462 | 449 | 432 | 410 | 445 |
拉断永久变形/% | 22 | 20 | 19 | 24 | 20 | 20 |
撕裂强度/(kN/m) | 102 | 110 | ||||
H抽出力1)/℃ | 161 | 147 | ||||
100℃×48h老化后 | ||||||
邵尔A型硬度/度 | 63 | 63 | ||||
300%定伸应力/MPa | ||||||
拉伸强度/MPa | ||||||
拉断伸长率/% | 362 | 339 | ||||
拉断永久变形/% | 8 | 11 | ||||
注：同表1 | ||||||
工艺性能
实验配方尽管利用白炭黑且增加填料用量，可是因为合成胶门尼粘度较低，因此其门尼粘度与生产配方大体一致。在车间大料生产进程中工艺性能稳固，胶料排胶成团，胶片滑腻平整；在压延工序正常利用，不必调整压延工艺；压延帘布停放1天后进行裁断，其表面粘性较好，完全知足成型要求。
成品实验
对实验配方生产的185/60R15 88H轿车子午线轮胎依照国家标准进行室内性能测试，实验结果见表3。由表3可见，实验配方轮胎均通太高速性能、耐久性能和强度实验，且耐久性能优于生产配方。
表3 185/60R15 88H成品轮胎室内试验结果 | |||||
性能 | 试验配方 | 生产配方 | 性能 | 试验配方 | 生产配方 |
高速性能试验 | 转鼓速度/(km/h) | 120 | 120 | ||
最高行驶速度/(km/h) | 210 | 210 | 累计行驶时间/h | 89 | 89 |
累计行驶时间/min | 60 | 60 | 损坏情况 | 完好 | 胎肩脱层 |
损坏情况 | 完好 | 完好 | 强度试验 | ||
耐久性试验 | 压头速度/(mm/min) | 50 | 50 | ||
负荷率/% | 100 | 100 | 平均破坏能/J | 352 | 343 |
经济效益分析
与生产配方相较，实验配方原材料本钱降低约元/kg，按年产5000余吨混炼胶计算，每一年可节约本钱80余万元，经济效益显著。
3 结论
（1）在半钢子午胎胎体帘布胶中增加合成胶用量，并用顺丁胶和白炭黑后，胶料定伸应力、H抽出力有必然提升；胶料的抗硫化返原能力和耐老化性能提精湛显，有利于提高成品轮胎的耐久性能。
（2）半钢子午胎胎体帘布胶配方优化后其本钱略有下降，具有较高经济效益。
参考文献：
惠炳国，王振太，权 艳，等. 钢丝粘合体系技术的应用与进展. 轮胎工业，2020，28（10）.
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