粘合樹脂KOTA在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中的應用

李再琴，姬貝貝，裴 昆，王 云

（1.黃果樹輪胎有限公司，廣西 南寧 530000；2.八億橡膠有限責任公司，山東 棗莊 277800）

目前輪胎行業鍍銅鋼絲與橡膠的粘合體系主要有兩大類，一類是間苯二酚-甲醛-白炭黑體系；另一類是以鈷鹽為基礎的粘合增進劑，其配方中硫黃用量較大[1-3]。間苯二酚-甲醛-白炭黑體系中間苯二酚在煉膠過程中受熱會產生大量煙霧，對環境和工人健康造成極大危害，而且價格較高。為了解決間苯二酚冒煙問題，輪胎企業廣泛使用間苯二酚-甲醛樹脂、間苯二酚-乙醛樹脂、間苯二酚-硬脂酸混合等替代間苯二酚-甲醛-白炭黑體系。間苯二酚-甲醛樹脂中仍存在游離間苯二酚，還會產生少量煙霧，而且其具有一定的吸濕性，易于聚集結塊，對自動配料系統造成損壞[1]。

粘合樹脂KOTA是一種改性的非自固化酚醛類粘合樹脂，用于促進橡膠與骨架材料的粘合，可以替代間苯二酚及間苯二酚-甲醛樹脂，其不含游離間苯二酚，加工過程中不冒煙、不噴霜，無毒環保。粘合樹脂KOTA和亞甲基給予體（如甲醛、多聚甲醛、六亞甲基四胺、六甲氧基甲基密胺以及2-N-2-甲基-1-丙醇）反應生成熱固性樹脂，可以明顯提高橡膠與鋼絲和纖維簾線的粘合性能。本工作研究粘合樹脂KOTA在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中的應用，并與間苯二酚-甲醛粘合樹脂進行對比。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；炭黑N326，上海卡博特化工有限公司產品；0.37＋6×0.32ST鋼絲簾線，江蘇江陰貝卡爾特合金材料有限公司產品；粘合樹脂KOTA，上海麒祥化工科技有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：NR 100，炭黑N326 60，氧化鋅 8，新癸酸鈷 1，間苯二酚-甲醛粘合樹脂1.5，粘合劑RA65 4，促進劑DZ 1.3，不溶性硫黃OT20 6，其他 3.5。

試驗配方以1.5份粘合樹脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹脂，配方其他組分及用量同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

F270型密煉機、F370型密煉機和Φ660型開煉機，大連橡塑機械股份有限公司產品；X（S）K-230型開煉機和XLD-150T型平板硫化機，青島億朗橡膠裝備有限公司產品；UM-2050型門尼粘度儀和UR-2010SD型硫化儀，中國臺灣優肯科技股份有限公司產品；LX-A型邵氏A型硬度計，江都市騰達試驗儀器廠產品；3366型電子拉力機，英國英斯特朗公司產品；401A型老化箱，上海實驗儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉在X（S）K-230型開煉機上進行，輥溫控制在（70±5） ℃，混煉工藝為：加入已經塑煉好的NR進行初步混煉，然后加入活性劑和防老劑等小料，待小料分散后，加入炭黑至混煉均勻后，再加入粘合樹脂和鈷鹽，混煉均勻后，打三角包3次、割膠3次，下片。一段混煉膠停放8 h后，采用X（S）K-230型開煉機進行二段混煉，混煉工藝為：加入一段混煉膠及硫黃、促進劑和粘合劑RA65，控制輥筒溫度為（60±5） ℃，打三角包薄通6次，使硫化劑分散均勻，下片，得到厚度大約為2 mm的膠片備用。

大配合試驗膠料采用四段混煉工藝。一段混煉采用F370型密煉機，壓力為0.6 MPa，轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：NR→壓壓砣（30 s）→小料、炭黑→壓壓砣（120 ℃）→提壓砣→壓壓砣（145 ℃）→提壓砣→排膠（160 ℃）。二段混煉采用F370型密煉機，轉子轉速為45 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠、小料和炭黑→壓壓砣（115℃）→提壓砣→壓壓砣（135 ℃）→提壓砣→排膠（155 ℃）。三段混煉采用F370型密煉機，轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（115 ℃）→提壓砣→壓壓砣（145 ℃）→提壓砣→排膠（150 ℃）。終煉在F270型密煉機中進行，轉子轉速為20 r·min-1，壓力為0.5 MPa，混煉工藝為：三段混煉膠、硫黃、促進劑和粘合劑RA65→壓壓砣（35 s）→提壓砣（30 s）→壓壓砣→排膠（100 ℃），膠料采用Φ660型開煉機出片。

膠料采用平板硫化機硫化，硫化條件為150℃×30 min。

1.5 性能測試

（1）膠料硫化特性和物理性能均按照相應國家標準進行測試。

（2）抽出力是由拉力機對T形試樣進行抽出測試，取5個試樣的平均值，拉伸速率為10 mm·min-1。

2 結果與討論

2.1 理化分析

粘合樹脂KOTA和間苯二酚-甲醛粘合樹脂的理化性能分別見表1和2。從表1和2可以看出，粘合樹脂KOTA和間苯二酚-甲醛粘合樹脂的各項理化性能均滿足企業標準要求，兩者在外觀、軟化點和pH值方面具有一致性。

表1 粘合樹脂KOTA的理化性能

表2 間苯二酚-甲醛粘合樹脂的理化性能

2.2 小配合試驗

2.2.1 門尼粘度和門尼焦燒時間

汽車制造企業都按照國家標準生產車內空氣質量達標的汽車，無疑是從源頭解決了汽車車內空氣污染的問題。但是我國新制造出廠的汽車中車內空氣質量不達標的居多，究其原因無非是市場競爭加大，為了提高競爭力以次充好，使用劣質原材料等。因此汽車制造企業需要加強自律，轉變思想，以質量求生存，以科技提高競爭力。

小配合試驗膠料的門尼粘度和門尼焦燒時間見表3。從表3可以看出，在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中用粘合樹脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹脂后，膠料的門尼粘度略微增大，門尼焦燒時間稍微縮短，加工安全性略有降低，但仍然能夠滿足加工要求。實際生產中可通過調整混煉工藝控制膠料的門尼粘度。

表3 小配合試驗膠料的門尼粘度和門尼焦燒時間

2.2.2 硫化特性

小配合試驗膠料的硫化特性見表4。從表4可以看出：在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中用粘合樹脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹脂后，膠料的FL和Fmax略高，主要是由于粘合樹脂KOTA是非自固化酚醛類縮合樹脂，表面具有類似補強樹脂的支化結構，導致膠料的硬度和模量均有提高；硫化速率變化較小。

表4 小配合試驗膠料的硫化特性（150 °C）

2.2.3 物理性能

小配合試驗硫化膠的物理性能見表5。從表5可以看出，在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中用粘合樹脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹脂后，硫化膠的密度、硬度、定伸應力、拉伸強度、撕裂強度和鋼絲簾線抽出力相差不大。

表5 小配合試驗硫化膠的物理性能

2.3 大配合試驗

2.3.1 門尼粘度和門尼焦燒時間

大配合試驗膠料的門尼粘度和門尼焦燒時間見表6。從表6可以看出，大配合試驗結果與小配合試驗結果具有一致性。

表6 大配合試驗膠料的門尼粘度和門尼焦燒時間

2.3.2 硫化特性

大配合試驗膠料的硫化特性見表7。從表7可以看出，大配合試驗膠料的FL，Fmax和t10變化趨勢與小配合試驗結果一致，t60和t90略有延長。

表7 大配合試驗膠料的硫化特性（150 °C）

2.3.3 物理性能

大配合試驗硫化膠的物理性能見表8。從表8可以看出，大配合試驗結果與小配合試驗結果具有一致性。

表8 大配合試驗硫化膠的物理性能

2.4 工藝性能

在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中用粘合樹脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹脂后，膠料在混煉、壓延過程中的刺激性氣味基本消失，煙霧量明顯減小，帶束層簾布停放7 d后未發現噴霜現象，同時其他工藝性能較好。

2.5 成品輪胎性能

采用試驗配方膠料試制12R22.5 18PR全鋼載重子午線輪胎，并按GB/T 4501—2008《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行耐久性試驗，試驗速度為55 km·h-1，按國家標準規定行駛47 h后，每行駛10 h試驗負荷增大10%，直至輪胎損壞為止。成品輪胎的耐久性試驗結果如表9所示。

表9 成品輪胎耐久性試驗結果

從表9可以看出，試驗輪胎的耐久性能與生產輪胎相當，試驗結束時輪胎破壞部位并非帶束層位置，耐久性能達到國家標準要求。

2.6 成本分析

由于粘合樹脂KOTA的價格較間苯二酚-甲醛粘合樹脂低，在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中用粘合樹脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹脂后，每千克膠料成本降低了0.65元，具有較好的經濟效益。

3 結論

在全鋼載重子午線輪胎帶束層膠中用粘合樹脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹脂，膠料的門尼粘度略大，焦燒時間稍短，FL和Fmax略高，硫化速率變化較小；硫化膠的密度、硬度、定伸應力、拉伸強度、撕裂強度和鋼絲簾線抽出力相差不大；膠料在混煉、壓延過程中的刺激性氣味基本消失，煙霧量明顯減小；成品輪胎的耐久性能相當，均達到國家標準要求；同時可以降低膠料成本。