新型抗硫化返原劑HTR在全鋼工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

李劍波，王文博，杜孟成，李慶朝

（國家橡膠助劑工程技術(shù)研究中心，山東 陽谷 252300）

工程機(jī)械輪胎主要用于露天礦場和筑路工地等惡劣的路面環(huán)境下使用的裝卸車。由于車輛載荷大，且連續(xù)作業(yè)，輪胎因受熱容易產(chǎn)生膠料硫化返原和機(jī)械破壞現(xiàn)象，這就要求工程機(jī)械輪胎胎面膠具有良好的耐熱、抗切割和抗崩花掉塊性能。

工程機(jī)械輪胎胎面膠的主體材料是天然橡膠（NR）和丁苯橡膠（SBR），硫化體系一般采用高硫低促的有效硫化體系，其特點是多硫鍵含量大而單硫鍵和雙硫鍵含量小，多硫鍵容易斷裂造成膠料交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)破壞即交聯(lián)密度減小，從而導(dǎo)致膠料的物理性能和動態(tài)性能下降，進(jìn)而影響輪胎性能和使用壽命，這種現(xiàn)象被稱為膠料硫化返原。

為解決膠料硫化返原這一難題，橡膠行業(yè)科技工作者進(jìn)行了大量的研究工作，除了選擇合適的橡膠及優(yōu)化配方和工藝外，還進(jìn)行了抗硫化返原劑的開發(fā)。市場上的抗硫化返原劑有鋅皂類的Struktol AKT73、檸糠酰亞胺類的PK900、后硫化穩(wěn)定劑HTS及多功能交聯(lián)劑KA9188，這些抗硫化返原劑的應(yīng)用使膠料的硫化返原問題得到了很大改善[1-2]。

山東陽谷華泰化工股份有限公司多年來致力于解決膠料硫化返原問題，相繼開發(fā)出一系列抗硫化返原劑。新型抗硫化返原劑HTR的分子結(jié)構(gòu)中含有馬來酰亞胺和六亞甲基鏈，其中馬來酰亞胺含有不飽和雙鍵，類似于硫化劑HVA-2（PDM）和抗硫化返原劑PK900，在膠料硫化返原時可以與斷裂的橡膠分子鏈形成碳-碳交聯(lián)鍵進(jìn)行“補(bǔ)償”，阻止了膠料交聯(lián)密度的降低；六亞甲基鏈類似于后硫化穩(wěn)定劑HTS和多功能交聯(lián)劑KA9188，使橡膠交聯(lián)的分子鏈具有柔韌性，可以降低動態(tài)生熱，從而使膠料具有較低的生熱和良好的抗硫化返原性能[3-4]。

本工作研究新型抗硫化返原劑HTR在全鋼工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰國產(chǎn)品；SBR，牌號1500，中國石化齊魯石化橡膠廠產(chǎn)品；炭黑N330，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；抗硫化返原劑HTR，山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 90，SBR 10，炭黑N330 45，硫黃 3，促進(jìn)劑CBS 0.8，其他 20。

試驗配方：添加2份抗硫化返原劑HTR，其余均同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.5X（0～100）型智能實驗密煉機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GK400N型和GK255N型密煉機(jī)，德國克虜伯公司產(chǎn)品；SK-160型開煉機(jī)和QLB-50D/K型平板硫化機(jī)，無錫市第一橡塑機(jī)械設(shè)備廠產(chǎn)品；AGS-5KNJ型電子拉力試驗機(jī)，日本島津（蘇州）有限公司產(chǎn)品；GT-7012-A型阿克隆磨耗機(jī)和GT-7017-M型熱老化試驗機(jī)，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR200型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；GD-8000型橡膠壓縮生熱試驗機(jī)，東莞市高達(dá)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗?zāi)z料采用兩段混煉工藝。一段混煉在智能實驗密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→提壓砣/壓壓砣→炭黑、小料→提壓砣/壓壓砣→排膠；二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑、抗硫化返原劑HTR→充分混煉均勻后下片。

大配合試驗?zāi)z料采用兩段混煉工藝。一段混煉在GK400N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，壓砣壓力為18 MPa，混煉工藝為：生膠→提壓砣/壓壓砣→炭黑、小料→提壓砣/壓壓砣→排膠（150～160 ℃）；二段混煉在GK255N型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1，壓砣壓力為18 MPa，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑、抗硫化返原劑HTR→提壓砣/壓壓砣→提壓砣/壓壓砣→排膠（100～110 ℃）。

1.5 性能測試

各項性能均按照相應(yīng)的國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

抗硫化返原劑HTR的理化分析結(jié)果見表1。

從表1可以看出，抗硫化返原劑HTR的各項理化性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 抗硫化返原劑HTR的理化分析結(jié)果

2.2 小配合試驗

小配合試驗?zāi)z料的硫化特性見表2，其中R95為硫化曲線達(dá)到峰值后下降至95%的Fmax時對應(yīng)的時間，時間越長，抗硫化返原性能越好。

表2 小配合試驗?zāi)z料的硫化特性

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度、門尼焦燒時間和硫化特性變化不大，說明在不改變現(xiàn)有配方的基礎(chǔ)上可以直接添加抗硫化返原劑HTR；試驗配方膠料的R95明顯延長，說明抗硫化返原劑HTR可以提高膠料的抗硫化返原性能。

小配合試驗硫化膠的物理性能見表3。

從表3可以看出，與生產(chǎn)配方硫化膠相比，老化前試驗配方硫化膠的物理性能基本一致，老化后試驗配方硫化膠的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和回彈值增大，而阿克隆磨耗量減小，生熱降低，說明抗硫化返原劑HTR在膠料硫化返原前基本上是惰性，硫化返原一旦產(chǎn)生，它就會與破壞的橡膠大分子鏈形成碳-碳交聯(lián)鍵，對破壞的橡膠鏈進(jìn)行補(bǔ)償，提高或保持膠料的交聯(lián)鍵數(shù)量或交聯(lián)密度，分子結(jié)構(gòu)中的亞甲基鏈?zhǔn)瓜鹉z分子具有優(yōu)異的柔韌性，使膠料具有良好的耐熱老化性能，從而提高膠料的抗硫化返原性能，延長使用壽命。

表3 小配合試驗硫化膠的物理性能

2.3 大配合試驗

為進(jìn)一步研究抗硫化返原劑HTR的應(yīng)用效果，進(jìn)行了大配合試驗，結(jié)果見表4和5。

從表4和5可以看出，大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本一致。

表4 大配合試驗?zāi)z料的硫化特性

2.4 成品試驗

采用試驗配方膠料制備20.5R25☆☆E-3全鋼工程機(jī)械子午線輪胎，并按照GB/T 30193—2013進(jìn)行耐久性試驗。當(dāng)輪胎行駛47 h后不改變試驗條件繼續(xù)進(jìn)行試驗，直至輪胎損壞為止，試驗條件和結(jié)果見表6。

從表6可以看出，試驗輪胎和生產(chǎn)輪胎的耐久性能良好，均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，其中試驗輪胎的耐久性能更優(yōu)。

表6 成品輪胎的耐久性試驗條件和結(jié)果

3 結(jié)論

在全鋼工程機(jī)械子午線輪胎胎面膠中直接加入2份抗硫化返原劑HTR，無需改變現(xiàn)有配方，即可提高膠料的抗硫化返原性能，增大硫化膠熱老化后的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和回彈值，提高耐磨性能，降低生熱，提高成品輪胎的耐久性能，從而延長輪胎的使用壽命。

表5 大配合試驗硫化膠的物理性能