熱穩定劑TCA-90在全鋼子午線輪胎胎肩墊膠中的應用

王連勇，劉松山

（山東中創輪胎股份有限公司，山東 臨沂 276300）

全鋼子午線輪胎的胎肩部位是胎冠與柔軟胎側及高剛度帶束層的過渡部位，是輪胎應力最大的區域，在輪胎行駛過程中變形較大，從而使輪胎各部位之間及原材料分子之間相對運動、摩擦，使輪胎產生并積累了大量的熱量，特別是胎肩作為輪胎的最厚部位更是難以散熱。隨著輪胎的行駛，熱量積累越來越多，溫度越來越高，導致胎肩墊膠產生硫化返原現象，從而引起墊膠交聯鍵斷裂，性能下降，進而導致肩空，輪胎報廢。因此胎肩墊膠的低生熱性能和耐熱穩定性能至關重要。

熱穩定劑TCA-90的化學名稱為雙馬來酰亞胺衍生物，無毒、無污染、不遷移、不變色，可賦予橡膠制品優異的熱穩定性，改善橡膠制品高溫下的動態性能，能夠降低硫化膠生熱，提高輪胎耐久性能。本工作研究熱穩定劑TCA-90在全鋼子午線輪胎胎肩墊膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；炭黑N326和白炭黑HM-6175，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；不溶性硫黃，濰坊嘉鴻化工有限公司產品；熱穩定劑TCA-90，黃巖東海化工有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：NR 100，炭黑 39，白炭黑 10，不溶性硫黃 2.4，促進劑NS/CZ 1.5，其他14.27。

試驗配方中加入2份熱穩定劑TCA-90，其余組分及用量均同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

X（S）M-1.5L實驗室密煉機，青島先銳機電有限公司產品；BB430（液壓）型密煉機，日本神戶制鋼公司產品；XKY-660E型開煉機、XM-270（液壓）型密煉機和JYSZ-936×416錐形雙螺桿橡膠擠出壓片機，大連橡膠塑料機械有限公司產品；MV2000型門尼粘度計和MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；3365型萬能材料試驗機，美國英斯特朗公司產品；RH-2000N型壓縮生熱試驗機和GT-7017-EM型老化試驗機，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

膠料采用兩段混煉工藝，一段混煉在1.5 L密煉機中進行，混煉工藝為：生膠→壓壓砣45 s→小料、炭黑→壓壓砣2次→排膠；二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進劑→搗膠6次下片。

1.4.2 大配合試驗

膠料采用三段混煉工藝：一段混煉采用變速煉膠，在BB430型密煉機中進行，混煉工藝為：生膠、小料（轉速50 r·min-1，壓壓砣30 s）→提壓砣（加炭黑、氧化鋅）→壓壓砣（轉速50 r·min-1）→提壓砣（135 ℃）→壓壓砣（轉速40 r·min-1）→提壓砣排膠（155 ℃）；二段混煉在BB430型密煉機中進行，轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠（壓壓砣30 s）→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣→提壓砣→排膠（150 ℃）；三段混煉在XM-270型密煉機中進行，變速煉膠，混煉工藝為：二段混煉膠、硫黃、促進劑（轉速25 r·min-1，壓壓砣35 s）→提壓砣→壓壓砣25 s（轉速25 r·min-1）→提壓砣→壓壓砣（轉速15 r·min-1）→提壓砣→排膠（100 ℃）

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 理化分析

熱穩定劑TCA-90理化分析結果如表1所示。

表1 熱穩定劑TCA-90的理化分析結果

從表1可以看出，熱穩定劑TCA-90的理化性能達到指標要求。

2.2 小配合試驗

小配合試驗結果如表2和3所示。

從表2和3可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的R97提高約43%，抗硫化返原性能明顯改善，硫化膠的300%定伸應力、拉伸強度和回彈值增大，壓縮疲勞溫升和永久變形降低。

表2 小配合試驗膠料的硫化特性

2.3 大配合試驗

大配合試驗結果如表4和5所示。

從表4可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼焦燒安全性基本相當，硫化速度稍慢，抗硫化返原性能提高，可以認為加入熱穩定劑TCA-90后膠料的耐熱穩定性能明顯提升。

表4 大配合試驗膠料的硫化特性

從表5可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的100%定伸應力和300%定伸應力相當，拉伸強度和回彈值增大，壓縮生熱降低。

表3 小配合試驗硫化膠的物理性能

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能

2.4 工藝性能

在熱喂料擠出機上進行墊膠擠出工藝性能對比，結果顯示在相同的擠出條件下試驗配方膠料擠出墊膠的尺寸穩定性以及成型過程中表面和接頭粘合性能與正常生產配方膠料無明顯差別，完全滿足工藝要求。

2.5 成品性能

選用12.00R20規格輪胎進行成品試驗，耐久性能按GB/T 4501—2008《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行測試，試驗速度為55 km·h-1，當累計行駛時間達到國家標準要求的47 h后，負荷每10 h增加10%，同時試驗速度每10 h增加5 km·h-1，直至輪胎損壞為止。

試驗輪胎和生產輪胎的累計行駛時間分別為92和74 h，試驗結束時兩種輪胎的損壞形式均為胎肩脫層。輪胎切片分析顯示，生產輪胎損壞部位表面膠料有燒焦發粘現象，試驗輪胎損壞部位呈現少量膠料粉末，無燒焦發粘現象，耐熱性能明顯改善，耐久性能提高。

3 結論

在全鋼子午線輪胎胎肩墊膠配方中加入2份熱穩定劑TCA-90，膠料的門尼焦燒時間基本相當，硫化速度稍慢，抗硫化返原性能改善，硫化膠的100%定伸應力和300%定伸應力相當，拉伸強度和回彈值增大，壓縮生熱降低，成品輪胎的耐熱性能和耐久性能提高。