工程機械實心輪胎配方的開發

李元敬，章子瑜

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

在礦山、工地等復雜環境路況下，工程車輛使用的輪胎損壞情況以刺扎破損、崩花掉塊居多。在一些工作環境惡劣的情況下，普通工程機械輪胎會因刺扎、掉塊等原因造成輪胎胎體部分缺少膠層的保護，以致輪胎提前損壞，嚴重時發生爆胎，從而引起安全事故。工程機械實心輪胎具有優良的抗刺扎和耐磨性能，可以在惡劣環境下長時間工作；同時無需充氣，在受刺扎后也不會爆胎，對車乘人員的安全更有保障。

工程車輛作業范圍相對較小，路況環境惡劣，通常情況下輪胎載荷較大。輪胎除前期損壞外，還會伴隨產生大量的壓縮疲勞生熱。在輪胎正常配方中添加炭黑用量20%～30%的白炭黑，可以提高膠料的抗撕裂和抗割口增長性能，在使用白炭黑的同時添加偶聯劑Si69，利用其與白炭黑表面羥基的反應可使白炭黑由親水性變為疏水性，以增加白炭黑與橡膠的相容性[1]。

為了適應現有市場需要，我公司開發出工程機械實心輪胎系列產品，現將其配方設計開發情況簡介如下。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化巴陵分公司產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1500，中國石化蘭州石化分公司產品；炭黑N326和N660，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；白炭黑VN3，贏創德固賽（中國）投資有限公司產品；偶聯劑Si69，贏創嵐星（日照）化學工業有限公司產品；酚醛補強樹脂，牌號BQ-205，武漢徑河化工有限公司產品；抗撕裂樹脂，牌號SL-6903，華奇化工（中國）有限公司產品；抗硫化返原劑PK-900，美國富萊克斯公司產品。

1.2 配方

胎 面 膠：NR 80，SBR 10，BR 10，炭 黑N326 37，白炭黑 25，氧化鋅 5，硬脂酸 2，抗硫化返原劑 0.5，防老劑4020 2，防老劑RD 2，抗撕裂樹脂 2.5，硫黃/促進劑/偶聯劑 5.62，其他 3.4。

中間膠：NR 65，BR 35，炭黑N660 48，白炭黑 15，氧化鋅 7，硬脂酸 2，防老劑4020 1.5，防老劑RD 2，硫黃/促進劑/偶聯劑 4.7，其他 4.3。

基部膠：NR 70，SBR 30，炭黑N660 60，白炭黑 15，氧化鋅 10，硬脂酸 2，防老劑4020 1.5，防老劑RD 2，抗硫化返原劑 0.5，硫黃/促進劑/偶聯劑 5.6，其他 7.7。

1.3 主要設備和儀器

XK-250型開煉機，上海橡膠機械廠產品；GK305型低溫混煉聯動生產線，軟控股份有限公司產品；F270型密煉機，美國法雷爾公司產品；MV-3000N型門尼粘度儀、R100E型密閉式無轉子硫化儀、GT-7014-A30型電加熱硫化機、GT-7001-H型電子式拉力機、GT-RH-2000型壓縮生熱試驗機、GT-7042RE型彈性試驗機和GT-7012-A型橡膠阿克隆磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

胎面膠采用兩段混煉工藝制備，一段混煉工藝為：生膠1.5 mm薄通包輥，割刀3次→調整輥距為2 mm，加抗撕裂樹脂等小料，割刀3次→加氧化鋅、硬脂酸，割刀2次→加防老劑、抗硫化返原劑，割刀3次→加炭黑，割刀2次→加散落在盛料盤中的炭黑，割刀3次→加偶聯劑，割刀2次→加白炭黑，割刀2次→加散落在盛料盤中的白炭黑，割刀2次→下片停放4 h；二段混煉工藝為：一段混煉膠、硫黃、促進劑等薄通6次下片。

中間膠和基部膠的混煉工藝與胎面膠類同。

1.4.2 大配合試驗

胎面膠在GK305型低溫混煉聯動生產線上進行混煉，工藝如下：生膠和小料（抗撕裂樹脂、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、抗硫化返原劑），轉速為55 r·min-1，壓壓砣20 s→提壓砣→白炭黑、炭黑、偶聯劑→壓壓砣→135 ℃提壓砣→轉速調為25 r·min-1→壓壓砣→排膠（150 ℃），進入0#機→2.5 min壓片成環→放膠轉入1#機加防焦劑預分散體2 min→放膠轉入2#機加硫黃預分散體2 min→放膠轉入3#機加促進劑預分散體3 min→下片冷卻。

中間膠在F270型密煉機中采用兩段混煉工藝制備，一段混煉工藝為：轉速40 r·min-1，生膠加氧化鋅、硬脂酸、防老劑等小料，壓壓砣40 s→提壓 砣→加白炭黑、炭黑、偶聯劑，壓壓砣→120 ℃提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（145 ℃），停放8 h；二段混煉工藝為：轉速20 r·min-1，加一段混煉膠、硫黃、促進劑等→壓壓砣90 s→提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（105 ℃）。

基部膠在F270型密煉機中采用三段混煉工藝制備，一段混煉工藝為：生膠加氧化鋅、硬脂酸、防老劑等小料，壓壓砣40 s→提壓砣→加入2/3炭黑，壓壓砣→120 ℃提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（145 ℃），停放8 h；二段混煉工藝為：轉速20 r·min-1，一段混煉膠→壓壓砣50 s→提壓砣加入1/3炭黑、白炭黑、偶聯劑→壓壓砣→130 ℃提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（155 ℃）；三段混煉工藝為：二段混煉膠、硫黃、促進劑等→壓壓砣90 s→提壓砣保持10 s→壓壓砣→排膠（105 ℃）。

1.5 性能測試

各項性能均按相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 小配合試驗

小配合試驗結果如表1所示。

表1 小配合試驗結果

從表1可以看出，3種膠料的物理性能均滿足產品要求，達到了預期目標。在中間膠配方中增大了金屬氧化物含量，這一設計使膠料疲勞溫升時表面溫度與中部溫度差值更小，從而延長產品壽命。在膠料配方中使用偶聯劑Si69，硅烷分子一端的白炭黑與另一端的聚合物發生偶聯，最終產生較多的填充劑-聚合物鍵，從而提高膠料的定伸應力和拉伸強度，改善耐磨性能[2]。使用炭黑N326替代傳統炭黑N220用于礦山輪胎胎面膠中，膠料的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度增大，壓縮疲勞溫升降低；成品輪胎的耐久性能明顯提高，使用壽命延長[3]。由上述可知，本配方性能滿足產品要求，可以進行后續試驗。

2.2 大配合試驗

大配合試驗結果如表2所示。

表2 大配合試驗結果

從表2可以看出，大配合試驗膠料的物理性能與小配合試驗膠料吻合。因大配合試驗混煉工藝采用低溫混煉法，膠料的拉伸強度與小配合試驗膠料非常接近，這表明低溫混煉法可以很好地保證高用量白炭黑配方膠料的混煉質量，混煉膠的分散性也更好。

2.3 成品試驗

以批量試驗的12.00－20/8.0成品輪胎抽樣進行物理性能測試，結果如表3所示。

表3 成品輪胎的物理性能

從表3可以看出，成品輪胎胎面膠的硬度、拉伸性能和耐磨性能以及基部膠的硬度和拉伸強度均滿足國家標準要求，可以提高工程機械實心輪胎在惡劣環境下的使用壽命。

3 結語

我公司于2014年開始批量生產高性能12.00－20，11.00－20和10.00－20系列中小型工程機械實心輪胎。該系列產品具有良好的耐磨性能和優異的抗崩花掉塊性能。由于在普通工程機械實心輪胎兩段混煉工藝基礎上增加了疲勞溫升較低、緩沖性能較好的中間膠，輪胎作業時整體溫度較普通工程機械實心輪胎更低，輪胎使用壽命更長。

我公司目前已具有年產1 500條該系列產品的生產能力。該系列產品投放市場后反映良好，產品總體質量水平有較大提高，客戶滿意度有所提高。與此同時，工程機械實心輪胎投放市場后，帶來了可觀的經濟效益。該項目投產以來每年可為公司創造銷售收入數千萬元，隨著市場的擴展，經濟效益將進一步提升。