工程機械輪胎胎體膠混煉工藝的改進

鄧 旺，呂 強

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

胎體膠是工程機械輪胎的主要受力部件，隨著工程機械輪胎負載量提高、使用壽命延長、路況條件愈加苛刻，對胎體的性能要求越來越高。工程機械輪胎的胎體膠應滿足加工性能好、自粘性好、簾線-橡膠粘合性能好等要求。傳統混煉工藝制備工程機械胎體膠生產效率較低，膠料性能有待進一步改進[1]。

本工作通過改進工程機械輪胎胎體膠混煉工藝，研究混煉工藝改進對混煉效率和膠料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR5，云南高深集團有限公司產品；1400dtex/2錦綸66簾線，河南神馬實業股份有限公司；炭黑N330和N660，曲靖眾一精細化工有限公司產品；塑解劑SJ-103，武漢徑河化工有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

F-270型密煉機和XK-660型開煉機，大連冰山橡塑股份有限公司產品；XM-140型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；XLB-0型平板硫化機，青島巨融機械技術有限公司產品；MFR-100A型多功能無轉子硫化儀和VSMV-100B型可變速門尼粘度計，上海諾甲儀器儀表有限公司產品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；T2000E型電子拉力機，北京友深電子儀器有限公司產品。

1.3 配方

NR，100；炭黑N330，20；炭黑N660，15；白炭黑，5；氧化鋅，5；硬脂酸，2；硫黃，1.7；促進劑，1.8；防老劑，3；塑解劑，0.3；芳烴油，5；其他，5；合計，163.8。

1.4 混煉工藝

1.4.1 改進前

混煉工藝改進前膠料混煉分3段進行。

一段和二段混煉均在F270型密煉機中進行，轉子轉速40 r·min-1，密煉室初始溫度80 ℃。一段混煉工藝為：生膠→炭黑和白炭黑→小料→芳烴油→排膠（160 ℃）；二段混煉工藝為：一段混煉膠→排膠（160 ℃）。

三段混煉在XM-140型密煉機中進行，轉子轉速20 r·min-1，密煉室初始溫度60 ℃。混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進劑→排膠至XK-660型開煉機上薄通下片。

該混煉工藝的主要問題是混煉效率低，每車二段混煉膠需要1車一段混煉膠，一段和二段混煉膠都占用較多的場地，轉運過程較繁瑣。

1.4.2 改進后

混煉工藝改進后膠料混煉分3段進行。

一段和二段混煉均在F270型密煉機中進行，轉子轉速40 r·min-1，密煉室初始溫度80 ℃。一段混煉工藝為：生膠→炭黑N330和白炭黑→塑解劑和3份芳烴油→排膠（165 ℃）；二段混煉工藝為：一段混煉膠→炭黑N660→小料→2份芳烴油→排膠（160 ℃）。

三段混煉在XM-140型密煉機中進行，轉子轉速20 r·min-1，密煉室初始溫度60 ℃。混煉工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進劑→排膠至XK-660型開煉機上薄通下片。

改進工藝主要調整了一段和二段混煉的加料順序，將炭黑分2段加入，這樣可以提高一段混煉膠的密煉機填充率和混煉效率，每車二段混煉膠僅需0.84車一段混煉膠；將防老劑和塑解劑分開加入，這是由于防老劑在混煉過程中易產生自由基，會終止塑解劑與橡膠大分子之間的自由基反應，使塑解劑失效，防老劑與塑解劑分開加入，可以保護塑解劑的效能，降低一段和二段混煉膠的門尼粘度，改善膠料加工性能。

1.5 性能測試

混煉膠自粘性試驗按照文獻[2]進行，其它膠料性能測試按照相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 混煉工藝參數

混煉工藝改進前后的一段和二段混煉工藝參數見表1。

表1 混煉工藝改進前后的一段和二段混煉工藝參數

從表1可以看出，與混煉工藝改進前混煉膠相比，混煉工藝改進后的一段和二段混煉膠門尼粘度降低，二段混煉膠的混煉時間延長，混煉能耗增大。由于改進后每生產1車二段混煉膠只需0.84車一段混煉膠，二段混煉膠的生產效率提高，以生產100車2段混煉膠計，改進前生產能耗為3670 kW·h，改進后生產能耗為3556.4 kW·h，總能耗下降3.09%。

2.2 膠料物理性能

混煉工藝改進前后的膠料物理性能見表2。從表2可以看出，與混煉工藝改進前膠料相比，混煉工藝改進后膠料的門尼粘度降低，硫化特性變化不大，硬度、定伸應力、拉伸強度和撕裂強度相當，H抽出力明顯增大，這是因為膠料門尼粘度降低，流動性增大，更容易浸潤簾線表面，因此簾線和膠料的粘合強度提高。

表2 混煉工藝改進前后的膠料物理性能

2.3 混煉膠自粘性

混煉工藝改進前后的混煉膠自粘性見表3，試樣測試后的剝離面外觀見圖1。

圖1 試樣測試后的剝離面外觀

表3 混煉工藝改進前后的混煉膠自粘性

從表3和圖1可以看出：與混煉工藝改進前混煉膠相比，混煉工藝改進后混煉膠的剝離力和剝離能明顯增大；混煉工藝改進前試樣剝離面為粘合界面，剝離面非常光滑，而混煉工藝改進后試樣的粘合面融合在一起，剝離面凹凸不平，說明混煉膠的自粘性顯著提高。

2.4 混煉膠加工性能分析

用RPA2000橡膠加工分析儀對混煉膠進行頻率掃描[3-4]，得到頻率-損耗因子（tanδ）關系曲線，見圖2。從圖2可以看出，與混煉工藝改進前混煉膠相比，混煉工藝改進后混煉膠的tanδ較大，即粘彈比［粘性模量（G″）/彈性模量（G′）］較大，說明在剪切過程中，混煉工藝改進后混煉膠的G′下降更快，膠料更容易流動，有利于壓延。

圖2 混煉膠掃描頻率-tanδ的關系曲線

用RPA2000橡膠加工分析儀對混煉膠進行時間掃描，得到時間-轉矩下降率的關系曲線，見圖3。從圖3可以看出，隨著掃描時間延長，與混煉工藝改進前混煉膠相比，混煉工藝改進后混煉膠轉矩下降率較大，說明混煉膠松弛速度較快，這樣可以使壓延半成品在后續停放過程中不易發生收縮變形，即壓延半成品的尺寸穩定性好。

圖3 混煉膠掃描時間-轉矩下降率的關系曲線

3 結論

（1）改進胎體膠的混煉工藝，調整一段和二段混煉的加料順序：炭黑分2段加入，提高一段混煉的生產效率；防老劑和塑解劑分開加入，保護塑解劑的效能，降低膠料的門尼粘度，改善加工性能。

（2）與混煉工藝改進前膠料相比，混煉工藝改進后膠料的門尼粘度降低，硫化特性變化不大，H抽出力明顯增大，自粘性顯著提高。

（3）與混煉工藝改進前膠料相比，混煉工藝改進后膠料的流動性好，有利于壓延，壓延半成品的尺寸穩定性好。