改性叔丁基酚醛樹脂在半鋼子午線輪胎中的應用

韋芃臣

(合肥市第七中學,安徽 合肥 230031 )

1 問題的提出

輪胎是汽車底盤構成中最重要的安全件之一，對車輛的行駛安全至關重要，它們不僅承受著車載物的重量，還承擔與地面摩擦帶來的傷害，目前市面上的乘用車型的輪胎一般采用半鋼子午線輪胎，從其結構看，半鋼子午線輪胎因為有鋼絲帶束的作用，相比于斜交輪胎，其各個部件都有非常獨立的功能，在使用中其能夠承受的強度也較斜交種類的輪胎大，但因其使用的材料剛性強，導致半鋼子午線輪胎半成品的成型過程中材料變形較大，這使得胎坯肩部材料容易脫開和移動，易出現胎肩脫空的現象。

從半鋼子午線輪胎結構來看，肩部是輪胎結構中斷面厚度最大的區域，在輪胎行駛過程中，胎肩部位與地面頻繁接觸并在行駛過程中發生形變，導致肩部生熱大，另輪胎的胎側比較軟，在過減速帶或者不平坦的路面時，減速帶或者路面和車體的擠壓會讓胎側承受巨大的壓力，因胎肩是胎面與胎側的過渡區域，導致胎側及胎肩部分變形大，為輪胎的肩空缺陷也埋下了隱患，是輪胎肩空產生的誘因。

輪胎肩空不僅影響美觀，嚴重的會導致輪胎胎面脫層甚至爆胎，極大地影響行車安全，所以在子午線輪胎肩部使用膠料粘合性非常重要，對此,我們可以嘗試在輪胎的生產過程中添加某些特定的鏈式物質，以解決此類問題。

本文選用的輪胎橡膠為丁苯橡膠體系，含膠率為42%，使用墊膠的增粘樹脂有:石油樹脂(C5)，改性叔丁基酚醛樹脂(TKM-M)，烷基酚樹脂(TDN-341)，辛基酚醛樹脂(203)，在胎坯成型時加入此種體系物質能夠增強胎肩的粘合性,以達到最佳增粘效果，使胎肩在下一步成型的時候保證其一體化。

2 解決輪胎肩空缺陷的化學方法

使用化學方法彌補半鋼子午胎肩空缺陷是一個可行且比較有效的方法。輪胎胎肩半成品在壓出后隨時間的變化出現胎肩的粘合性逐漸下降的情況，這使得輪胎在進行成型的時候胎肩粘性變差，與鋼絲帶束層等部件不能緊密貼合，在現實中則可能出現胎側鼓包現象。設想在丁苯橡膠混煉初期加入不同的粘合性樹脂，以達到加固橡膠成型后的高強度和抗老化程度，因粘合性樹脂的粘合穩定性，在使用中即使隨時間的變化，其強度和老化程度也不會發生太大的變化。

針對胎肩肩空的現象，我們選取了四種粘合性相對較好的樹脂，對比這四種樹脂在不同條件下(壓力，老化，溫度)，最適合用于加入丁苯膠體系的粘合樹脂以達到增強輪胎胎肩應力和抗老化的能力。

在實驗室條件下，不同的粘性樹脂在丁苯橡膠體系中在經過應力、老化等條件后，粘性樹脂剩余的粘性對比。此組實驗測定橡膠混合物的固有性質，在膠料生產時若不加樹脂，此種橡膠因時間和自身應力等條件，自身的粘合性能會下降。

2.1 實驗工具

密煉機，開煉機，門尼黏度計，拉力機，軟化點測定儀。

2.2 實驗步驟

將石油樹脂(C5)，改性叔丁基酚醛樹脂(TKM-M)，烷基酚樹脂(TDN-341)，辛基酚醛樹脂(203)，空白對照(丁苯橡膠體系不加增粘樹脂)分別加入丁苯橡膠密煉體系，以密煉機混煉5個小時，并給每組產品標號，待時間滿后將五組產品拿出，將五組對象分別用拉力機測試其拉到斷裂拉力強度并記錄數據。

取四組樹脂密煉體系，密煉后放置1天測定其黏度，將五組對象在室溫下分別放置2天和3天后再次測定其黏度。另取五組混煉后的實驗對象，靜置1小時后用軟化點測定儀加熱，分別測定五組對象的軟化點。

2.3 數據分析

根據以上使用的實驗儀器和實驗步驟，繪制出以下三幅相關圖表。

2.3.1 拉伸強度圖

定義不加任何樹脂的丁苯橡膠體系直至拉斷時的壓力為50個大氣壓(5.0MPa)，而加了不同樹脂的丁苯橡膠體系拉斷的壓力值分別如圖，從圖1中可以看出，拉斷混合體系的所使用的最大壓力，TDN-341樹脂-橡膠體系的壓力最大，其次為TKM-M樹脂-橡膠體系，兩體系的拉伸壓力差別不是很大，之后分別為C5樹脂-橡膠體系、203樹脂-橡膠體系。

圖1 拉伸強度圖

2．3．2 黏度值

樹脂-橡膠混合物在成型后，其黏度值會在時間的推動下慢慢變化，四種混合物的黏度隨時間的變化都呈現降低的現象，但對比四種混合物的黏度變化，TKM-M樹脂-橡膠隨時間的變化前后的黏度值均高于其他幾種混合物，而高黏度的混合物有益于阻止胎肩肩空現象的形成，見圖2。

圖2 黏度值圖

2.3.3 軟化點

四種混合物的軟化點見圖3，其中TDN-341樹脂-橡膠體系的軟化點最高，接下來依次是TKM-M樹脂-橡膠體系、203樹脂-橡膠體系、C5樹脂-橡膠體系。

圖3 四種樹脂-橡膠體系的軟化點

此三種性能為樹脂-橡膠體系的固有特性，而黏度的大小對于輪胎胎肩肩空有非常直接的影響。

3 樹脂應用的其它影響分析

3.1 經濟性

生產商會考慮成本、質量對產品市場的影響，使用更高效率的生產線能夠大幅提升材料的使用率，同時也可節省一部分材料成本。改性的叔丁基酚醛樹脂在價格方面較C5樹脂要稍貴，對比TDN-341牌號烷基酚樹脂與203辛基酚醛樹脂，其價格方面要便宜一些。在經濟成本上，C5樹脂有絕對的使用優勢，可以降低成本，增強產品競爭力。但是在自粘性方面，相比于TKM-M牌號的增粘樹脂， C5-橡膠體系的自粘性要差很多；而且在軟化點方面，C5樹脂也會較TKM-M低，也代表在輪胎的高溫適應性會有所降低。雖然在經濟方面節省了成本，但是在一些固有性質上失去優勢。

3.2 兼容性

半鋼子午線輪胎的制作工藝分為混煉，壓出壓延，裁斷，成型，硫化，檢查。此段工藝可以看出，樹脂在一開始的混煉階段就要加入，同時加入的還有促進劑、活性劑、抗老化劑等活性劑，這些統稱為橡膠的配合體系。配合體系旨在補強橡膠的某些天然的不足，如硫化體系、補強填充、防護體系、軟化增塑等方面性能。加入混合體的樹脂要求不能與這些體系之間相互作用產生不良反應或削弱各個體系的增強作用，但是可以增強橡膠的自粘性，提高橡膠體系在成型胎肩部位的應力，避免胎側出現由車體自身壓力或外力作用出現的垮塌或鼓包。故樹脂需要經過一些特別的處理，以求達到最佳兼容性，樹脂的作用為：

(1)和其它補強體系互無不良反應；

(2)能夠增強丁苯橡膠主體的自粘性。

4 結論

就經濟性來說，使用最便宜的C5樹脂可以節約成本，但會造成輪胎成品達不到很高的增粘效果，換句話說，價格相對低廉的樹脂避免不了輪胎胎肩的肩空現象(對丁苯橡膠體系的輪胎)，使用價格相對高一點的TKM-M樹脂卻能夠避免肩空的現象(其樹脂增粘性為四種當中最大)，雖然成本有所增加，但是分攤到每個產品售價上，增加的不是很多，可見選擇TKM-M較優。

無論選擇哪一種樹脂，其中都需要加入額外的助劑來使其穩定的發揮增粘作用，TKM-M樹脂體系與橡膠體系的混煉在結構上能做到增強橡膠自粘性的目的，同時也可以和系統中奇特成分保持互不作用。從自身的拉伸壓力、自粘性、軟化點，經濟性，兼容性來看，對于半鋼子午胎的丁苯橡膠體系來說，TKM-M樹脂是最好的選擇。

指導教師：楊磊

[1] 謝慧生，楊艷平，劉豫皖，等.增粘樹脂TKM-M在全鋼載重子午線輪胎側膠中的應用[J].輪胎工業，2008,28 (5) :278-281.

[2] 楊 煜，劉 立，鐘 萍.改性增粘樹脂TKM系列在子午線輪胎中的應用[J].輪胎工業，2000 (4) :210-212 .

[3] 萬利平.半鋼子午線輪胎二段成型機成型結構的設計與分析[D].武漢：武漢理工大學碩士學位論文，2007,28-29.

[4] 黃舸舸.半鋼子午線輪胎生產中幾個質量問題及解決措施[J].輪胎工業，1999,19(3):170-172.