高性能短纖維在工程機械輪胎配方中的應用

李華峰

（東營市黃海輪胎有限公司，山東 東營 257336）

隨著我國橡膠工業以及科學技術的發展，一些新型助劑不斷涌現，應用新材料，提高產品質量成為各輪胎企業賴以生存和發展的根本途徑[1-3]。由于主要成分為聚酸酯類短纖維的高性能短纖維在橡膠加工中具有優良的潤滑性能，可以改善膠料各組分的親和性能，同時提高填料的分散性能，使膠料的炭黑分散性提高，因此采用高性能短纖維膠料的輪胎生熱降低，使用壽命延長。

本工作研究高性能短纖維在工程機械輪胎胎面膠和基部膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR20，馬來西亞產品；丁苯橡膠（SBR，牌號1500）和順丁橡膠（BR，牌號9000），齊魯石化有限公司產品；炭黑N234，N660和N330，太原三強炭黑有限公司產品；高性能短纖維，山東格利特新材料有限公司產品。

1.2 配方

1.2.1 胎面膠

1#配方（生產配方）：NR 70，SBR 30，炭黑N234 52，氧化鋅 5，硬脂酸 3，防老劑4010NA 1.5，防老劑RD 1.5，防護蠟 1.5，芳烴油5，硫黃 1.8，促進劑 1.3。

2#，3#和4#配方（試驗配方）：高性能短纖維用量分別為5，5.5和6份，其他同1#配方。

1.2.2 基部膠

5#配方（生產配方）：NR 80，BR 20，炭黑N330 28，炭黑N660 20，氧化鋅 5，硬脂酸2.5，防老劑4010NA 1.5，防老劑RD 1.5，防護蠟 1，芳烴油 6，C5樹脂 1.5，硫黃 2，促進劑1.8。

6#，7#和8#配方（試驗配方）：高性能短纖維用量分別為5，5.5和6份，其他同5#配方。

1.3 主要設備和儀器

F270型和GK255型密煉機，大連華韓密煉機公司產品；XK-160型開煉機和XLB-400×400型平板硫化機，青島一鳴機械有限公司產品；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；TH-8203S型電子式拉力機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；ALPHA炭黑分散度測定儀，青島富杰科技有限公司產品；GABOMETER系列橡膠壓縮生熱試驗機，德國GABO公司產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料分兩段混煉，均在XK-160型開煉機上進行。一段混煉加料順序為：生膠→氧化鋅、硬脂酸、防老劑、高性能短纖維等小料→炭黑→芳烴油→薄通下片，膠料停放4 h后進行二段混煉；二段混煉加料順序為：一段混煉膠→硫黃、促進劑→薄通下片。

大配合試驗采用兩段混煉工藝，一段混煉在F270型密煉機中進行生產，加料順序為：生膠→氧化鋅、硬脂酸、防老劑、高性能短纖維等小料→炭黑→芳烴油→排膠、下片，膠料停放4 h后進行二段混煉。二段混煉在GK255型密煉機中生產，加料順序為：一段混煉膠→硫黃、促進劑→排膠、下片。

1.5 性能測試

膠料性能和成品輪胎性能按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

高性能短纖維理化分析結果見表1。

表1 高性能短纖維理化分析結果

從表1可以看出，高性能短纖維的理化性能符合企業標準要求。

2.2 小配合試驗

2.2.1 胎面膠

胎面膠小配合試驗結果見表2。

從表2可以看出，隨著高性能短纖維用量的增大，膠料的門尼粘度明顯降低，硫化特性和拉伸性能變化不大，抗撕裂性能、耐磨性能和彈性略有提高，生熱明顯降低，老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率略有減小。

表2 胎面膠小配合試驗結果

2.2.2 基部膠

基部膠小配合試驗結果見表3。

從表3可以看出，隨著高性能短纖維用量的增大，膠料的門尼粘度降低，硫化特性和拉伸性能變化不大，抗撕裂性能和彈性略有提高，生熱明顯降低，老化后拉伸強度下降率和拉斷伸長率下降率略有減小。

表3 基部膠小配合試驗結果

2.2.3 炭黑分散性試驗

為驗證高性能短纖維是否具有促進膠料分散、改善工藝性能的作用，進行了炭黑分散性試驗。結果表明：1#—8#配方膠料炭黑分散等級分別為4，4，5，6，4，4，5和6。可見，隨著高性能短纖維用量的增大，膠料炭黑分散等級逐漸提高，高性能短纖維用量為6份時膠料的炭黑分散性最好。

4～6級炭黑分散性示意見圖1。

圖1 炭黑分散等級示意

2.3 大配合試驗

為了進一步驗證小配合試驗結果，選用1#生產配方與4#試驗配方以及5#生產配方與8#試驗配方進行大配合試驗。

2.3.1 胎面膠

表4示出了胎面膠大配合試驗結果。

從表4可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的硫化特性和拉伸性能相差不大，門尼粘度下降10%，撕裂強度提高2.5%，磨耗量減小25%，生熱降低5.9%，回彈值略增大，耐老化性能略有改善，炭黑分散度提高兩級。大配合試驗結果與小配合試驗結果呈現出一致性。

表4 胎面膠大配合試驗結果

2.3.2 基部膠

表5示出了基部膠大配合試驗結果。從表5可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料硫化特性和拉伸性能相差不大，門尼粘度降低8%，撕裂強度提高5.1%，回彈值增大6.7%，生熱降低9.1%，耐熱老化性能改善，炭黑分散度提高兩級，大配合試驗結果與小配合試驗結果一致。

表5 基部膠大配合試驗結果

2.4 工藝性能

胎面膠和基部膠的工藝性能如下：

（1）混煉膠表面光滑，膠料的韌性好，膠料斷面均勻致密，分散良好；

（2）擠出胎面膠和基部膠表面光滑，尺寸穩定，無破邊現象，斷面氣孔致密；

（3）成型工藝正常，胎面膠與基部膠粘合性能好，胎坯挺性好。

2.5 成品試驗

采用4#和8#試驗配方試制17.5－25工程機械輪胎，對試驗輪胎與生產輪胎進行物理性能對比試驗，結果見表6。從表6可以看出，試驗輪胎胎面膠的物理性能優于生產輪胎胎面膠。

表6 成品輪胎物理性能

3 結論

（1）在胎面膠和基部膠中使用6份高性能短纖維，膠料的炭黑分散性明顯提高，門尼粘度降低，抗撕裂性能、耐磨性能、彈性提高，耐熱老化性能改善。

（2）在胎面膠和基部膠中使用高性能短纖維后，膠料的混煉、擠出和成型工藝性能良好。

（3）胎面膠和基部膠中使用高性能短纖維后輪胎成品胎面膠物理性能良好。