多功能交聯劑WY988在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中的應用

李 鍵，蘇普文

（廣州市華南橡膠輪胎有限公司，廣東 廣州 511400）

國內載重運輸車輛由于操作不規范，其全鋼載重子午線輪胎肩空現象頻發。分析認為，輪胎發生肩空主要是在高溫環境下，氧以自由基形式進攻硫-硫交聯鍵，導致胎肩墊膠膠料迅速老化降解。筆者認為解決輪胎肩空問題要從3個方面入手：一是降低輪胎生熱，這要對輪胎整體膠料配方設計進行優化；二是減少進入胎肩墊膠中的氧，這就要求提高內襯層的氣密性；三是改進胎肩墊膠的交聯結構，硫-硫交聯鍵是橡膠交聯網絡中較為脆弱的環節，容易受到自由基進攻而斷鏈或重排，導致膠料性能迅速下降，可在膠料中加入新型硫化助劑來改變交聯鍵類型。

多功能交聯劑WY988既具有硫化促進劑的作用，又具有抗硫化返原的作用。其分子結構如圖1（a）所示。從分子結構上看，多功能交聯劑WY988兩側的芐基秋蘭姆與促進劑TBzTD［圖1（b）］較為接近，中間參與交聯的部分則與抗硫化返原劑HTS［圖1（c）］相似，因此加入多功能交聯劑WY988相當于增大促進劑和硫黃的用量。

圖1 多功能交聯劑WY988與其它硫化助劑的分子結構對比

本工作主要研究多功能交聯劑WY988在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SMR20，馬來西亞產品；炭黑N330，河北龍星化工股份有限公司產品；多功能交聯劑WY988，上海麒祥化工有限公司產品。

1.2 配方

1#配方：NR，100；炭黑N330，30；白炭黑，15；氧化鋅，4；硬脂酸，1；防老劑，2.3；硫黃，1.8；促進劑，1.6；其它，7.1。

2#配方：除加入0.6份多功能交聯劑WY988外，其余與1#配方相同。

1.3 主要設備與儀器

XK-160型開煉機，廣東湛江機械廠產品；1 L密煉機，廣州華工百川科技股份有限公司產品；M2000型門尼粘度計和RPA2000型橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；橡膠應力-應變拉伸試驗機，美國英斯特朗公司產品。

1.4 試樣制備

膠料混煉分2段進行。一段混煉在密煉機中進行，轉子轉速80 r·min-1，加料順序為：生膠→小料→炭黑、白炭黑→排膠（140 ℃）；二段混煉在開煉機上進行，加料順序為：一段混煉膠→硫黃、促進劑和多功能交聯劑WY988→下片。

1.5 性能測試

（1）硫化返原率測試條件為160 ℃×60 min，硫化返原率按公式（1）進行計算：

式中，P為硫化返原率，ML為最小轉矩，MH為最大轉矩，S60為硫化終點轉矩。

（2）壓縮疲勞生熱試驗條件：沖程4.45 mm，負荷2.5 MPa，起始溫度55 ℃。

（3）動態力學性能測試：用RPA2000型橡膠加工分析儀對混煉膠進行硫化，再對硫化膠進行溫度掃描，測試溫度50～100 ℃，頻率10 Hz。

（4）成品輪胎耐久性能試驗按企業標準測試，試驗條件：標準負荷4000 kg，充氣壓力900 kPa。

（5）膠料其它性能按相關國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

膠料的硫化曲線如圖2所示，硫化返原性能見表1。

圖2 膠料硫化曲線（160 ℃）

表1 膠料硫化返原性能

從圖2可以看出：2#配方膠料的MH明顯大于1#配方膠料，這是因為加入多功能交聯劑WY988使硫-硫交聯鍵長度變小，交聯密度增大；值得一提的是，隨著硫化時間延長，2個配方膠料的轉矩明顯下降，2#配方膠料硫化曲線的平坦性優于1#配方膠料。

從表1可以看出，1#配方膠料的硫化返原率達到16.0%，2#配方膠料的硫化返原率為5.9%，這說明加入多功能交聯劑WY988能夠有效提高膠料的抗硫化返原性能。

2.2 物理性能

膠料的物理性能如表2所示。從表2可以看出：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的硬度和定伸應力明顯增大，但拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度減小，2#配方膠料的300%定伸應力接近16 MPa，所以在實際生產中要考慮調整硫化體系，使胎肩墊膠與輪胎其他部件膠料的定伸應力匹配；2#配方膠料老化前后的拉斷永久變形明顯小于1#配方膠料，彈性提高，這對永久變形要求較高的胎圈護膠和胎肩墊膠無疑十分有利。

表2 膠料物理性能

2.3 溫度掃描

膠料溫度掃描曲線見圖3。從圖3可以看出，在50～80 ℃區間內1#配方膠料與2#配方膠料的滯后損耗因子（tanδ）接近，加入多功能交聯劑WY988對膠料生熱性能無明顯影響。

圖3 膠料溫度掃描曲線

2.4 壓縮疲勞生熱

輪胎的很多部件都被層層包裹，而橡膠又是熱的不良導體，容易積熱，如果長時間處于高溫狀態會導致膠料迅速老化，造成輪胎過早損壞。本研究胎肩墊膠的壓縮疲勞生熱性能見圖4。從圖4可以看出，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的壓縮疲勞生熱略有降低，這與溫度掃描試驗結果一致。2#配方膠料壓縮疲勞生熱降幅不大，說明多功能交聯劑WY988對改善膠料生熱的作用不大，降低膠料生熱可能還需要從其它方面著手。

圖4 膠料壓縮疲勞生熱

2.5 成品輪胎性能

選用2#配方膠料試制12.00R20 20PR輪胎。成品輪胎耐久性能見表3。從表3可以看出，盡管試驗結束時試驗輪胎和生產輪胎的破壞形式相同，但試驗輪胎的累計行駛時間為83.16 h，較生產輪胎有較大優勢。

表3 成品輪胎耐久性能

3 結論

在全鋼載重子午線輪胎胎肩墊膠中加入多功能交聯劑WY988，膠料的抗硫化返原性能顯著改善，老化前后的拉斷永久變形顯著減小，成品輪胎的耐久性能提高。