全鋼載重子午線輪胎鋼絲簾線覆膠配方優化試驗

吳業暖，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，并有助于硫黃與鍍銅鋼絲發生化學反應。

粘合體系是鋼絲簾線覆膠關鍵組分，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冒煙現象，且毒性較大[1]。為克服間苯二酚升華對環境的污染，近年來間苯二酚-甲醛樹脂的研究與應用越來越受到關注[2-5]。間苯二酚-甲醛樹脂是間苯二酚與甲醛的預縮合樹脂，不揮發，在橡膠中溶解性較好，同時又能夠繼續與亞甲基給予體反應形成樹脂化網絡，促進鋼絲與橡膠間的粘合。

本工作優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，馬來西亞產品；炭黑N375和N326，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；白炭黑，山東聯科白炭黑有限公司產品；間苯二酚-甲醛樹脂KOTA，上海麒祥化工有限公司產品。

1.2 主要設備與儀器

F270和F370型密煉機，大連橡膠塑料機械有限公司產品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；XLB-D600×600型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產品；LX-A型邵氏硬度計，上海六菱儀器廠產品；3366型拉力試驗機，美國英斯特朗公司產品；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品。

1.3 配方

NR具有優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。考慮到環保性和可操作性，粘合體系采用間-甲-白-鈷體系。

優化前后的膠料配方見表1。

表1 優化前后的膠料配方 份

1.4 混煉工藝

膠料采用3段混煉工藝。

1.5 性能測試

膠料性能按照相應國家標準測試。

2 結果與討論

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2 926 cm-1處的峰為—CH2的伸縮振動吸收峰；在波數1 597和1 455 cm-1處的峰為苯環的伸縮振動吸收峰；在波數1 211 cm-1處的峰為酚羥基的伸縮振動吸收峰；在波數816和754 cm-1處的峰為苯環二位取代吸收峰。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：與配方優化前膠料相比，配方優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絡，推斷這種網絡結構可能不如間苯二酚與亞甲基給予體形成的網絡結構緊密，因此膠料部分物理性能降低。

表3 配方優化前后帶束層膠、胎體膠和胎圈包布膠的性能

輪胎在使用中因滯后損失產生熱量，當熱量無法散發時，積累在輪胎中，導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、鋅等金屬產生電化學作用，使簾線銹蝕，同樣導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鍵性能。從表3還可以看出：配方優化后帶束層膠老化前后的粘合性能都比配方優化前略低，但差別不大；配方優化后胎體膠老化前后的粘合性能都比配方優化前大幅提高；配方優化后胎圈包布膠老化前和熱老化后的粘合性能比配方優化前略低，但差別不大，而鹽水老化后的粘合性能比配方優化前提高。總的來看，配方優化對膠料粘合性能無不良影響。

2.3 混煉冒煙現象

升華的間苯二酚遇冷后會重新結晶形成間苯二酚小顆粒而呈煙霧狀漂浮在空氣中，即出現冒煙現象。含有間苯二酚的膠料在開煉機上混煉及壓延時都會出現冒煙現象。本工作將膠料混煉過程中產生的冒煙程度分為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象的評估結果見表4。從表4可以看出：配方優化后膠料的冒煙等級明顯低于配方優化前膠料，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生的膠煙和揮發物。密煉工序配方優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境受煙霧和氣味的影響更大，操作環境更惡劣。總的來看，配方優化后膠料混煉和壓延的操作環境明顯改善。

表4 相關工序膠料冒煙等級

2.4 工藝性能

與配方優化前膠料相比，配方優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，結果見表5。從表5可以看出，試驗輪胎與生產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

經測算，每條試驗輪胎成本比生產輪胎低0.04元。從2015年5月某輪胎企業開始全面使用優化配方后，到2015年底，經售后服務部門走訪和調查，輪胎沒有出現明顯損傷或較大異常，因而市場對優化配方輪胎是認可的。

3 結論

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，并優化補強體系和硫化體系的組分和用量，膠料加工時冒煙現象減輕，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；輪胎生產成本略有降低，市場前景良好。