工程機械子午線輪胎胎面膠的配方優化

梁孟珠，郭明明，劉慧仙，袁兵陽，李中浩，侯君霞

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

工程機械輪胎主要用于井下、礦山等惡劣路面環境下使用的鏟運車和自卸車[1]。由于路面條件苛刻、車輛負荷量大和連續作業等，要求工程機械輪胎胎面具有良好的耐熱、耐疲勞、耐老化、抗切割和抗崩花掉塊性能[2-4]。

露天采礦環境溫度相對較高、日照時間較長，工程機械子午線輪胎長期使用會造成胎面生熱過大和老化變硬等問題，出現胎冠鼓包、切割損傷等現象。我國工程機械子午線輪胎胎面膠主體材料主要采用天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR）并用膠，炭黑主要采用炭黑N220和N234[2]。

本工作對普通工程機械子午線輪胎胎面膠配方進行優化，為提高工程機械子午線輪胎的性能提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰國產品；SBR1500，中國石油化工股份有限公司產品；炭黑N234和N330，龍星化工股份有限公司產品；炭黑N115，卡博特（中國）投資有限公司產品。

1.2 小配合試驗膠料配方

小配合試驗配方見表1。試驗配方用炭黑N115和N330等量替代生產配方的炭黑N234，并對其他配合劑進行適當調整。

表1 小配合試驗膠料配方 份

1.3 主要設備和儀器

Φ160 mm×320 mm開煉機，廣東湛江機械廠產品；1.57 L本伯里密煉機，英國法雷爾公司產品；GK400N和GK255N型密煉機，德國克虜伯公司產品；140 t平板硫化機，上海橡膠機械一廠有限公司產品；MDR2000型硫化儀和MV2000型門尼粘度計，美國阿爾法科技有限公司產品；Tensitech型拉力機，美國德寶公司產品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料混煉分兩段進行。一段混煉在1.57 L本伯里密煉機中進行，轉子轉速為55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→提壓砣→炭黑和小料→提壓砣→壓壓砣→排膠。二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→混煉均勻→下片。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料混煉分4段進行，一至三段混煉均在GK400N型密煉機中進行。一段混煉轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠→提壓砣→部分炭黑、白炭黑和小料→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度為145～155 ℃）。二段混煉轉子轉速為30 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→剩余炭黑→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度為145～155 ℃）。三段混煉轉子轉速為35 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度為145～155 ℃）。四段混煉在GK255N型密煉機中進行，轉子轉速為25 r·min-1，混煉工藝為：三段混煉膠→硫黃和促進劑→提壓砣→壓壓砣→排膠（溫度為100～110 ℃）。

1.5 性能測試

膠料性能按照相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 炭黑N115和N330的理化性質

炭黑N115和N330的理化性質見表2。

從表2可以看出，炭黑N115和N330的理化性質均符合國家標準要求。

表2 炭黑N115和N330的理化性質

2.2 小配合試驗

小配合試驗膠料性能見表3。

從表3可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度較低，有利于胎面擠出；門尼焦燒時間縮短，但降幅不大；FL和Fmax降低，但相差不大；t10和t90略有縮短，但仍具有很好的加工安全性能；硬度和300%定伸應力略有降低，拉斷伸長率、撕裂強度、耐屈撓性能和耐熱老化性能明顯提高，壓縮疲勞溫升明顯降低，切割量減小，阿克隆磨耗量增大。

表3 小配合試驗膠料性能

拉斷伸長率提高有利于改善工程機械輪胎的抗崩花掉塊和抗撕裂性能[3]，壓縮疲勞溫升降低不僅有利于工藝操作，對延長輪胎使用壽命也有益處。

2.3 大配合試驗

根據小配合試驗結果，對試驗配方進行微調（加入0.5份防焦劑CTP以延長焦燒時間）后進行大配合試驗，結果見表4。

從表4可以看出：與小配合試驗膠料相比，大配合試驗膠料的門尼焦燒時間、t10和t90均較長，這是因為大配合試驗膠料添加了防焦劑CTP；大配合試驗膠料與小配合試驗膠料其他性能基本相當。

表4 大配合試驗膠料性能

總的來看，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的生熱較低，抗撕裂、抗切割、耐屈撓和耐熱老化性能較好，但耐磨性能略有降低。由于工程機械輪胎使用條件苛刻，損壞形式較多，且行駛速度較低，因此胎面耐磨性能并不是衡量其性能的關鍵指標。

2.4 經濟效益

炭黑N234的價格低于炭黑N115，高于炭黑N330，用炭黑N115和N330等量替代炭黑N234，胎面膠成本降低了約0.2元·kg-1。

2.5 成品性能

用試驗配方膠料試制6條14.00R25工程機械子午線輪胎，在蒙古某采石場裝配于寬體礦用自卸車上，并與生產輪胎進行實際使用對比試驗。輪胎原始花紋深度為26 mm，充氣壓力為1 300～1 400 kPa，行駛速度為30 km·h-1。

使用數月后，生產輪胎胎面的剩余花紋深度為19.0 mm，胎面割口較多，肩部有掉塊[見圖1（a）]；試驗輪胎剩余花紋深度為23.5 mm，胎面割口明顯減少，肩部沒有掉塊[見圖1（b）]，輪胎使用壽命明顯延長。

圖1 生產輪胎和試驗輪胎胎面

3 結論

在工程機械子午線輪胎胎面膠配方中用炭黑N115和N330等量替代炭黑N234，并添加少量防焦劑CTP，可以降低胎面膠生熱，提高抗撕裂、抗切割、耐屈撓和耐熱老化性能，從而延長輪胎使用壽命，并降低生產成本。