礦用工程機械輪胎緩沖層膠的配方優化

劉 娟，許新安，鄒 春，周 勇

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

工程機械輪胎緩沖層位于胎面和胎體之間，主要作用是減小作用于胎體的牽引力和制動力，減弱胎體受到的振蕩和沖擊，提高不同硬度胎面和胎體間的粘合強度。緩沖層承受輪胎行駛時內部產生的剪切應力，起分散和緩沖作用，從而避免應力局部集中導致的簾布層早期損壞。因此緩沖層各層間需具有較高的粘合強度，同時自身應具有較大的定伸應力、拉伸強度和撕裂強度以及良好的彈性。

礦用工程機械輪胎胎肩部位較厚，在輪胎長時間行駛下，胎肩部位反復屈撓變形，導致其散熱困難，溫度不斷升高。在較高溫度下，膠料與簾線之間的粘合強度降低而發生分離。隨著輪胎使用時間延長，緩沖層之間、緩沖層與胎體簾布層之間和緩沖層與胎面之間將較大面積脫開而出現肩空、冠空現象。為減少此現象的產生，需提高緩沖層膠的定伸應力，使其在屈撓時變形小、生熱低。目前我公司緩沖層膠生產配方主要采用普通硫化體系，交聯鍵以多硫鍵為主，其膠料的耐熱性能較差，在硫化后期和使用過程中易出現硫化返原現象。本試驗配方采用半有效硫化體系（即選用次磺酰胺類后效性促進劑），交聯鍵以單硫鍵和雙硫鍵為主，以改善膠料的抗硫化返原性，提高硫化膠的定伸應力和熱穩定性。

本工作對礦用工程機械輪胎緩沖層膠配方進行優化，以期解決輪胎在使用過程中出現的脫層現象，提高輪胎使用壽命。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），3#煙膠片，泰國產品；NR，SMR20，馬來西亞產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1502，中國石油天然氣股份有限公司產品；炭黑N330，山西志信化工有限公司產品；炭黑N660，青島貝斯特科工貿有限公司產品；白炭黑，無錫恒亨白炭黑有限責任公司產品；間苯二酚給予體R-80（以下簡稱R-80），萊茵化學（青島）有限公司產品；亞甲基給予體H-80（以下簡稱H-80），威海恒力制動材料有限公司產品。

1.2 配方

生 產 配 方：3#煙 膠 片 95，SBR 5，炭 黑N330 15，炭黑N660 20，白炭黑 5，防老劑RD和4020 4，均勻劑TNB-88 2，不溶性硫黃HDOT20 2.5，促進劑NS 0.9，其他 15。

試驗配方：SMR20 100，炭黑N330 20，炭黑N660 20，白炭黑 7，防老劑RD和4020 2.5，R-80 1.73，H-80 1.06，不溶性硫黃HDOT20 2，促進劑CZ 1.8，其他 13.5。

1.3 主要設備和儀器

XK-160型開煉機，上海橡膠機械廠產品；1.5 L密煉機，德國克虜伯公司產品；GK255型和GK400型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；XLB-Q 400×400×2型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠產品；Instron 3367Q8137型拉力試驗機，美國英斯特朗公司產品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；DMA動態粘彈譜儀，德國CABO公司產品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

膠料混煉分兩段，均在1.5 L密煉機中進行，轉子轉速為45 r·min-1。一段混煉工藝為：生膠、小料→壓壓砣（30 s）→炭黑→壓壓砣（90 s）→芳烴油→壓壓砣（90 s）→排膠（115 ℃）；二段混煉工藝為：一段混煉膠、硫黃和促進劑→壓壓砣（30 s）→壓壓砣（90 s）→排膠。

1.4.2 大配合試驗

膠料混煉分兩段。一段混煉在GK400N型密煉機中進行，轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料→壓壓砣→提壓砣→炭黑→壓壓砣（40 s）→提壓砣→芳烴油→壓壓砣（40 s）→提壓砣→壓壓砣→排膠（145～155 ℃）；二段混煉在GK255N型密煉機中進行，轉子轉速為25 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠、硫黃和促進劑→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣→排膠（95～105 ℃）。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應國家標準進行測試。

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。從表1可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度小，門尼焦燒時間短，硫化速率快；硫化膠的300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度和1400dtex/3V1簾線抽出力呈增大趨勢，老化后各項性能保持率較好。

2.2 大配合試驗

大配合試驗結果如表2所示。從表2可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度小，門尼焦燒時間短，硫化速率快；硫化膠的300%定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度和1400dtex/3V1簾線抽出力呈增大趨勢；大配合試驗與小配合試驗結果具有較好的一致性。

表1 小配合試驗結果

表2 大配合試驗結果

2.3 緩沖層膠壓延工藝調整

2.3.1 輥筒溫度

調整前后1#—4#輥筒溫度如表3所示。從表3可以看出：調整前2#和3#輥筒溫度較低，1#和4#輥筒溫度較高；調整后2#和3#輥筒溫度較高，1#和4#輥筒溫度較低，這樣調整的目的是使NR與2#和3#輥筒較好地粘黏；調整后4個輥筒溫度均比調整前高，這使膠料轉變為粘性流動所需時間變短，流動性變好。

表3 調整前后1#—4#輥筒溫度 ℃

2.3.2 壓延速度

壓延速度是影響膠片質量的重要因素。壓延速度過快，膠料得不到充分冷卻，停放溫度高，焦燒性能差，影響成型；壓延速度過慢則影響工作效率。經過多次跟蹤試驗，壓延速度應由25 m·min-1調整為18 m·min-1。

2.4 成品試驗

采用試驗配方生產4條14.00－25 36PR工程機械輪胎并分別進行緩沖層膠各層間粘合強度測試、耐久性能試驗、TKPH值測試和實際路試。

2.4.1 粘合強度測試

緩沖層膠各層間粘合強度測試結果如表4所示。從表4可以看出，與生產輪胎相比，試驗輪胎緩沖層膠各層間粘合強度較大。

表4 緩沖層膠粘合強度測試結果 kN·m-1

2.4.2 耐久性試驗

試驗輪胎和生產輪胎耐久性試驗條件和結果分別如表5和6所示。從表6可以看出，與生產輪胎相比，試驗輪胎的耐久性能較好。

2.4.3 TKPH值測試

額定TKPH值是輪胎在38 ℃環境溫度下達到臨界溫度時負荷與速度的乘積，表示輪胎的耐生熱破壞能力，是工程機械輪胎的重要性能參數。額定TKPH值越大，輪胎的耐熱性能越好，使用壽命越長。試驗輪胎和生產輪胎的TKPH值如表7所示。從表7可以看出，試驗輪胎的TKPH值大于生產輪胎，說明在同等條件下試驗輪胎生熱低，發生肩空、冠脫的概率較小。

表5 輪胎耐久性試驗條件

表6 輪胎耐久性試驗結果

表7 試驗輪胎和生產輪胎的TKPH值

2.4.4 實際路試

將8條試驗輪胎發往新疆喀什鉛鋅礦（硬質礦山）進行裝車試驗，運行100天后，除1條輪胎被外力刺扎外，其余輪胎運行正常。試驗輪胎和生產輪胎路試后照片如圖1和2所示。從圖1和2可以看出，試驗輪胎使用正常，生產輪胎出現肩空脫層。

圖1 試驗輪胎路試后照片

圖2 生產輪胎路試后照片

3 結論

通過調整緩沖層膠配方補強體系和硫化體系，采用間-甲-白粘合體系，膠料的門尼粘度降低；硫化膠的物理性能和耐熱老化性能提高；成品輪胎的耐久性能提高，脫層現象減少，使用壽命延長。