抗撕裂樹脂在礦用全鋼子午線輪胎胎面膠中的應用

霍柱輝，盧南江，齊 婷，巫 超

（中國化工橡膠桂林輪胎有限公司，廣西 桂林 541805）

為防止輪胎在使用過程中出現胎面裂口、崩花掉塊等質量問題，要求胎面膠除具有良好的耐磨性能外，還要具有較低的生熱及較好的抗切割性能和抗撕裂性能。為提高胎面膠抗切割性能，一般在膠料中加入白炭黑或者在主體材料中并用適量丁苯橡膠。目前市場上出現多種抗撕裂樹脂，實際應用試驗[1-4]表明，添加適量抗撕裂樹脂可提高胎面膠的加工性能及抗撕裂性能。膠料的抗撕裂性能一般通過膠料的硬度、拉伸強度、拉斷伸長率及撕裂強度來判斷。在相同負荷和氣壓下，膠料的硬度和拉伸強度越大，尖銳物體引起的變形越小，越不易產生裂口；膠料的拉斷伸長率越大，可吸收的變形能量越大，抗裂口增長性能越好[4]。但也有研究[5]表明，膠料的拉伸強度、拉斷伸長率及撕裂強度（新月形試樣）較高，但實際抗撕裂效果并不理想，撕裂強度（新月形試樣）并不能反映膠料真實的抗撕裂性能，這主要是因為測試撕裂強度（新月形試樣）時試樣會發生嚴重變形，從低拉伸時的彎月形變為高拉伸時的條形，試樣斷裂前的力學行為并不表現為真正的撕裂，而是類似于拉伸。張繼川等[6]對不同撕裂強度測試方法進行了研究，認為測試撕裂強度（新月形試樣）割口小，拉伸變形會掩蓋撕裂變形，即拉伸過程掩蓋了材料真正的撕裂過程。

本工作采用新型撕裂強度和切割減量測試方法研究抗撕裂樹脂SHR800，SL6903和A在礦用全鋼子午線輪胎胎面膠中的應用，并與傳統古馬隆樹脂進行對比。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產品；炭黑N234和白炭黑HM-2170，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；古馬隆樹脂，青島振利化工有限公司產品；抗撕裂樹脂SHR800，青島山化化工有限公司產品；抗撕裂樹脂SL6903，華奇（中國）化工有限公司產品；抗撕裂樹脂A，市售品。

1.2 配方

NR 100，炭黑N234/白炭黑 55，氧化鋅3.5，硬脂酸 2，防老劑 5，抗撕裂樹脂（1#配方為抗撕裂樹脂SHR800，2#配方為抗撕裂樹脂SL6903，3#配方為抗撕裂樹脂A，4#配方為古馬隆樹脂） 2.5，硫黃和促進劑 2.8，其他 6。

1.3 主要設備與儀器

BB-2型密煉機，日本神戶制鋼公司產品；GK400N和GK255N型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；Φ160×320型開煉機，廣東省湛江機械廠產品；XLB-D 400×400型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；MV3000型門尼粘度試驗機、TCS-2000型電子拉力試驗機、RH-2000型壓縮生熱試驗機和GT-7012-A型阿克隆磨耗試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品；RCC-I型橡膠動態切割試驗機，北京萬匯一方科技發展有限公司產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料混煉分兩段進行。一段混煉在BB-2型密煉機中進行，混煉工藝為：，停放4 h。二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→過輥5次→硫黃和促進劑→薄通5次→過輥3次→左右割刀3次→出片（總混煉時間約為6 min）。

大配合試驗膠料混煉分4段進行。一、二、三段混煉在GK400N型密煉機中進行，一段混煉密煉機轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：；二段混煉密煉機轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：三段混煉轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：。四段混煉在GK255N型密煉機中進行，密煉機轉子轉速為20 r·min-1，混煉工藝為：。

1.5 性能測試

膠料抗撕裂性能和抗切割性能分別采用自研撕裂強度和切割減量測試方法進行評價。

（1）撕裂強度測試的自制新型試樣與褲形試樣形狀相同，長度為250 mm，測試時兩端夾持部位長度均為25 mm，且硫化前夾持部位兩面加貼1400dtex/1×1400dtex/1浸膠帆布，夾持部位總厚度為5～6 mm。新型試樣撕裂強度由電子拉力試驗機測試，計算公式如下：

式中，TR為新型撕裂強度，FR為試樣撕裂破壞力，t為試樣厚度。

（2）切割減量由橡膠動態切割試驗機測試，試驗轉速為720 r·min-1，沖擊頻率為120次·min-1，試驗時間為20 min。

（3）膠料其他性能測試按相應國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 理化分析

4種樹脂的理化性能如表1所示。從表1可以看出，4種樹脂的理化性能均符合企業標準要求。

表1 4種樹脂的理化性能

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

小配合試驗膠料的硫化特性如表2所示。從表2可以看出：4種樹脂膠料的門尼粘度相差不大，表明抗撕裂樹脂SHR800，SL6903和A與古馬隆樹脂一樣對橡膠具有增塑作用，提高膠料流動性；抗撕裂樹脂SHR800和A膠料與古馬隆樹脂膠料的硫化儀數據差異不大，而抗撕裂樹脂SL6903膠料的Fmax較小，ts2和t90較長，初步判斷使用抗撕裂樹脂SL6903的2#配方膠料定伸應力小，拉斷伸長率大，應具有較好的抗撕裂性能和抗切割性能。

表2 小配合試驗膠料的硫化特性

2.2.2 物理性能

小配合試驗膠料的物理性能如表3所示。從表3可以看出：抗撕裂樹脂SHR800膠料和古馬隆樹脂膠料的硬度較大；抗撕裂樹脂SHR800膠料的300%定伸應力和拉伸強度略低于其他3種膠料，但總體相差不大；抗撕裂樹脂SHR800膠料的阿克隆磨耗量相對較大，但耐磨性能仍然較好；切割減量從小到大的順序依次為抗撕裂樹脂SL6903膠料、古馬隆樹脂膠料、抗撕裂樹脂SHR800膠料、抗撕裂樹脂A膠料，即抗撕裂樹脂SL6903膠料的抗切割性能最佳，而抗撕裂樹脂A膠料的抗切割性能最差；新型試樣撕裂強度從小到大的順序依次為古馬隆樹脂膠料、抗撕裂樹脂A膠料、抗撕裂樹脂SL6903膠料、抗撕裂樹脂SHR800膠料，即抗撕裂樹脂SHR800和SL6903膠料的抗撕裂性能較好。

表3 小配合試驗膠料的物理性能

綜合來看，抗撕裂樹脂SHR800和SL6903膠料的抗撕裂性能和抗切割性能較好，可以滿足使用要求。雖然古馬隆樹脂膠料的抗撕裂性能略低，但其價格僅為其他抗撕裂樹脂價格的15%～25%，如果出于成本考慮，采用古馬隆樹脂代替抗撕裂樹脂可提高經濟效益，缺點是古馬隆樹脂不是環保材料，不符合歐盟REACH法規要求。

2.3 大配合試驗

2.3.1 硫化特性

選擇抗撕裂樹脂SHR800和SL6903進行大配合試驗，膠料硫化特性如表4所示。從表4可以看出，抗撕裂樹脂SL6903膠料的Fmax小于抗撕裂樹脂SHR800膠料，ts2和t90略長。大配合試驗膠料的硫化特性與小配合試驗膠料基本一致。

表4 大配合試驗膠料的硫化特性

2.3.2 物理性能

大配合試驗膠料的物理性能如表5所示。從表5可以看出，與抗撕裂樹脂SHR800膠料相比，抗撕裂樹脂SL6903膠料的硬度低，定伸應力和拉斷伸長率較高，阿克隆磨耗量略小，切割減量相差不大，新型試樣撕裂強度略低，這說明抗撕裂樹脂SHR800膠料的抗撕裂性能較好，耐磨性能略差，大配合試驗結果與小配合試驗結果基本一致。但總的說來，抗撕裂樹脂SHR800與SL6903膠料的抗撕裂性能、抗切割性能和耐磨性能相差不大，在全鋼子午線輪胎胎面膠中添加抗撕裂樹脂SHR800或SL6903，胎面膠的耐磨性能可達到要求，并具有較好的抗切割性能和優良的抗撕裂性能。

表5 大配合試驗膠料的物理性能

目前抗撕裂樹脂SHR800和SL6903已在礦用型輪胎胎面膠生產中投入使用，膠料加工性能良好，成品輪胎胎面裂口及掉塊質量問題明顯減少，應用效果良好。

3 結論

在礦用全鋼子午線輪胎胎面膠中添加抗撕裂樹脂SHR800或SL6903，膠料具有較好的物理性能、抗切割性能及優良的抗撕裂性能，成品輪胎胎面裂口和掉塊缺陷減少，輪胎質量提高。