全鋼載重子午線輪胎鋼絲簾線覆膠配方優(yōu)化試驗

吳業(yè)暖，王建軍，周宏斌

（1.五蓮縣森龍橡膠有限公司，山東 日照 262300；2.怡維怡橡膠研究院有限公司，山東 青島 266045）

鋼絲簾線是全鋼子午線輪胎的骨架材料，對輪胎承載起關(guān)鍵作用。鋼絲簾線通過與橡膠粘合成為一個整體，使輪胎既具有剛性又具有彈性，因而鋼絲簾線與橡膠的粘合性能在子午線輪胎中顯得尤為重要，直接影響輪胎的使用壽命。

在鋼絲簾線覆膠中影響粘合性能的原材料較多，如生膠、炭黑、粘合體系、硫黃和促進劑等。其中，生膠一般采用天然橡膠（NR）；補強材料一般采用炭黑N375，N326，N347和N351等，炭黑N375和N326較常用；為提高膠料粘合性能和模量，硫黃用量較大（通常超過4份），而為避免膠料噴霜，一般采用不溶性硫黃；促進劑多采用次磺酰胺類促進劑，如促進劑NS和DZ等，這既可以保證膠料加工安全性能，還可以促使硫黃與橡膠交聯(lián)，并有助于硫黃與鍍銅鋼絲發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

粘合體系是鋼絲簾線覆膠關(guān)鍵組分，目前普遍采用的粘合體系為間-甲-白體系、間-甲-白-鈷體系、硫黃-鈷鹽體系、硫黃-白炭黑-鈷鹽體系等。在這些粘合體系中，間-甲-白體系和間-甲-白-鈷體系應(yīng)用較多。

在間-甲-白（-鈷）粘合體系中，間苯二酚由于容易升華，在膠料混煉及加工過程中會出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象，且毒性較大[1]。為克服間苯二酚升華對環(huán)境的污染，近年來間苯二酚-甲醛樹脂的研究與應(yīng)用越來越受到關(guān)注[2-5]。間苯二酚-甲醛樹脂是間苯二酚與甲醛的預(yù)縮合樹脂，不揮發(fā)，在橡膠中溶解性較好，同時又能夠繼續(xù)與亞甲基給予體反應(yīng)形成樹脂化網(wǎng)絡(luò)，促進鋼絲與橡膠間的粘合。

本工作優(yōu)化全鋼載重子午線輪胎鋼絲簾線覆膠（包括帶束層膠、胎體膠、胎圈包布膠）配方，用間苯二酚-甲醛樹脂替代間苯二酚，并調(diào)整補強體系和硫化體系的組分和用量，為全鋼載重子午線輪胎的配方設(shè)計提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑N375和N326，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；白炭黑，山東聯(lián)科白炭黑有限公司產(chǎn)品；間苯二酚-甲醛樹脂KOTA，上海麒祥化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備與儀器

F270和F370型密煉機，大連橡膠塑料機械有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XLB-D600×600型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產(chǎn)品；LX-A型邵氏硬度計，上海六菱儀器廠產(chǎn)品；3366型拉力試驗機，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；GX-YLN-1214型耐久性能和高速性能試驗機，軟控股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 配方

NR具有優(yōu)異的強度性能和自粘性，是鋼絲簾線覆膠的主體材料。帶束層膠和胎圈包布膠對定伸應(yīng)力要求較高，因而采用炭黑N375，胎體膠則采用炭黑N326。硫化體系采用不溶性硫黃和次磺酰胺類促進劑。考慮到環(huán)保性和可操作性，粘合體系采用間-甲-白-鈷體系。

優(yōu)化前后的膠料配方見表1。

表1 優(yōu)化前后的膠料配方 份

1.4 混煉工藝

膠料采用3段混煉工藝。

1.5 性能測試

膠料性能按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 間苯二酚-甲醛樹脂KOTA的紅外光譜和理化性能

間苯二酚-甲醛樹脂KOTA的紅外光譜見圖1。從圖1可以看出：在波數(shù)2 926 cm-1處的峰為—CH2的伸縮振動吸收峰；在波數(shù)1 597和1 455 cm-1處的峰為苯環(huán)的伸縮振動吸收峰；在波數(shù)1 211 cm-1處的峰為酚羥基的伸縮振動吸收峰；在波數(shù)816和754 cm-1處的峰為苯環(huán)二位取代吸收峰。間苯二酚-甲醛樹脂KOTA可以確定為間苯二酚-甲醛樹脂[6]。

圖1 間苯二酚-甲醛樹脂KOTA的紅外光譜

間苯二酚-甲醛樹脂KOTA的理化性能見表2。從表2可以看出，間苯二酚-甲醛樹脂KOTA加熱減量很小，對膠料性能不會造成不利影響。

表2 間苯二酚-甲醛樹脂KOTA的理化性能

2.2 膠料性能

配方優(yōu)化前后帶束層膠、胎體膠和胎圈包布膠的性能見表3。從表3可以看出：與配方優(yōu)化前膠料相比，配方優(yōu)化后膠料的門尼粘度均較低，加工性能提高，這是由于間苯二酚-甲醛樹脂有軟化劑作用；硫化特性、拉伸性能和耐熱老化性能變化不大，但撕裂強度降低，這是由于間苯二酚-甲醛樹脂KOTA與間苯二酚活性相似，能夠與亞甲基給予體形成樹脂化網(wǎng)絡(luò)，推斷這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可能不如間苯二酚與亞甲基給予體形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)緊密，因此膠料部分物理性能降低。

表3 配方優(yōu)化前后帶束層膠、胎體膠和胎圈包布膠的性能

輪胎在使用中因滯后損失產(chǎn)生熱量，當(dāng)熱量無法散發(fā)時，積累在輪胎中，導(dǎo)致橡膠熱老化而性能下降，橡膠與鋼絲簾線的粘合性能也下降。此外，輪胎在使用中不可避免要受到含鹽溶液的侵蝕，鋼絲簾線鍍層因含銅、鋅等金屬產(chǎn)生電化學(xué)作用，使簾線銹蝕，同樣導(dǎo)致橡膠與鋼絲簾線的粘合性能降低。因此，熱老化和鹽水老化兩種條件下的粘合性能是鋼絲覆膠的關(guān)鍵性能。從表3還可以看出：配方優(yōu)化后帶束層膠老化前后的粘合性能都比配方優(yōu)化前略低，但差別不大；配方優(yōu)化后胎體膠老化前后的粘合性能都比配方優(yōu)化前大幅提高；配方優(yōu)化后胎圈包布膠老化前和熱老化后的粘合性能比配方優(yōu)化前略低，但差別不大，而鹽水老化后的粘合性能比配方優(yōu)化前提高。總的來看，配方優(yōu)化對膠料粘合性能無不良影響。

2.3 混煉冒煙現(xiàn)象

升華的間苯二酚遇冷后會重新結(jié)晶形成間苯二酚小顆粒而呈煙霧狀漂浮在空氣中，即出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。含有間苯二酚的膠料在開煉機上混煉及壓延時都會出現(xiàn)冒煙現(xiàn)象。本工作將膠料混煉過程中產(chǎn)生的冒煙程度分為5個等級：有大量煙霧和氣味為5級，有中等量煙霧和氣味為4級，有少量煙霧和氣味為3級，沒有煙霧但有氣味為2級，沒有煙霧和氣味為1級。選用間苯二酚或間苯二酚-甲醛樹脂KOTA用量較大的胎圈包布膠為評估對象，其中，密煉工序分甲、乙、丙3個班組，開煉和壓延工序各分甲、乙兩個班組。各班組對膠料冒煙現(xiàn)象的評估結(jié)果見表4。從表4可以看出：配方優(yōu)化后膠料的冒煙等級明顯低于配方優(yōu)化前膠料，但并不是完全沒有煙霧和氣味，而這些煙霧和氣味主要是膠料加工過程中產(chǎn)生的膠煙和揮發(fā)物。密煉工序配方優(yōu)化前后膠料的冒煙等級差異不如開煉和壓延工序差異大，這主要是因為開煉和壓延工序環(huán)境受煙霧和氣味的影響更大，操作環(huán)境更惡劣。總的來看，配方優(yōu)化后膠料混煉和壓延的操作環(huán)境明顯改善。

表4 相關(guān)工序膠料冒煙等級

2.4 工藝性能

與配方優(yōu)化前膠料相比，配方優(yōu)化后膠料在混煉和壓延時工藝性能相近，工藝操作不需要做大調(diào)整；膠料粘合性能好，這可能是由于間苯二酚-甲醛樹脂KOTA具有樹脂的特性，能起軟化劑作用，使橡膠分子之間相互的滲透力增大，從而增大膠料粘性。

2.5 成品輪胎性能

采用優(yōu)化配方膠料制備11R22.5 148M 16PR全鋼載重子午線輪胎，并測試輪胎的耐久性能和高速性能，結(jié)果見表5。從表5可以看出，試驗輪胎與生產(chǎn)輪胎的耐久性能和高速性能接近，滿足使用需求。

表5 成品輪胎耐久性能和高速性能指數(shù)

經(jīng)測算，每條試驗輪胎成本比生產(chǎn)輪胎低0.04元。從2015年5月某輪胎企業(yè)開始全面使用優(yōu)化配方后，到2015年底，經(jīng)售后服務(wù)部門走訪和調(diào)查，輪胎沒有出現(xiàn)明顯損傷或較大異常，因而市場對優(yōu)化配方輪胎是認(rèn)可的。

3 結(jié)論

在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠、胎體膠和胎圈包布膠中采用間苯二酚-甲醛樹脂KOTA替代間苯二酚，并優(yōu)化補強體系和硫化體系的組分和用量，膠料加工時冒煙現(xiàn)象減輕，工藝性能提高；膠料物理性能和粘合性能、成品輪胎性能變化不大；輪胎生產(chǎn)成本略有降低，市場前景良好。