釹系順丁橡膠在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

牟成乾，胡 源，許俊龍，卞延超，任 慧，林紀祥

（通力輪胎有限公司，山東 兗州 272000）

近年來，物流市場對無內(nèi)胎載重輪胎的需求量不斷增大，因此無內(nèi)胎輪胎的耐磨性能成為用戶和輪胎工程技術(shù)人員關(guān)注的重點[1-2]。單獨提高輪胎的耐磨性能不存在技術(shù)壁壘，但同時提高輪胎的路況適應(yīng)性（抗撕裂性能、耐老化性能和抗胎面掉塊等）較難[3]。

本工作研究釹系順丁橡膠（NdBR）在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用，以期提高輪胎的耐磨性能和路況適應(yīng)性。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；NdBR，牌號CB22，荷蘭阿朗新科公司產(chǎn)品；炭黑N234，上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑175MP，福建三明正元化工有限公司產(chǎn)品；硅烷偶聯(lián)劑HP-699，江西宏柏新材料股份有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，泰柯棕化（張家港）有限公司產(chǎn)品；微晶蠟、促進劑TBBS、防老劑4020和RD，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品；高活性高比表面積氧化鋅R80P，美國洛克伍德公司產(chǎn)品；分散劑FS-200，武漢徑河化工有限公司產(chǎn)品；增塑劑40MSFL-55C，美國Flow Polymers公司產(chǎn)品；精制硫黃，山東臨沂湖濱化工有限公司產(chǎn)品；防焦劑CTP，山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.5型智能密煉機，青島科高橡塑機械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；GK400N型和GK255N型密煉機，德國克虜伯公司產(chǎn)品；XLHQ600×600×X4/1400型平板硫化機，青島高策橡膠工程有限公司產(chǎn)品；Premier MDR型無轉(zhuǎn)子硫化儀、RPA2000橡膠加工分析儀（RPA）和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；AI-7000S型電子拉力試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 混煉工藝

（1）小配合試驗。膠料在X（S）M-1.5型智能密煉機中分兩段進行混煉，一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r·min-1，混煉工藝為：生膠→壓壓砣30 s→炭黑、白炭黑和部分小料→壓壓砣50 s→剩余小料→壓壓砣至135 ℃→提壓砣保持30 s→壓壓砣至155℃→排膠；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠、硫黃、促進劑和防焦劑→壓壓砣50 s→提壓砣保持5 s→壓壓砣至105 ℃→排膠。

（2）大配合試驗。膠料一、二段混煉均在GK400N型密煉機中進行，一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：塑煉膠、炭黑、白炭黑和部分小料→壓壓砣35 s→提壓砣并將轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)至35 r·min-1→壓壓砣至155 ℃→排膠；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1，對一段混煉膠進行返煉，排膠溫度為140 ℃；三段混煉在GK255N型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠、硫黃、促進劑和防焦劑→反復(fù)提壓砣至105℃→排膠。

1.4 測試分析

1.4.1 硫化特性

硫化特性按照GB/T 16584—1996《橡膠 用無轉(zhuǎn)子硫化儀測定硫化特性》進行測試，硫化溫度為151 ℃。

1.4.2 物理性能

邵爾A型硬度和拉伸性能分別按照GB/T 531.1—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠 壓入硬度試驗方法 第1部分：邵氏硬度計法（邵爾硬度）》和GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能的測定》進行測試，采用4 mm試樣，硫化條件為151 ℃×40 min。

1.4.3 DIN磨耗量

DIN磨耗量按照GB/T 9867—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠耐磨性能的測定（旋轉(zhuǎn)輥筒式磨耗機法）》進行測試。

1.4.4 RPA分析

RPA分析時，先將試驗條件設(shè)置為頻率 1.67 Hz，應(yīng)變 7%，溫度 151 ℃，達到條件后穩(wěn)定5 min；再將試樣放入模腔硫化60 min；后將溫度降至60 ℃，按照頻率 10 Hz，應(yīng)變 7%的條件進行測試分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 NdBR/NR并用比的選擇

不同NdBR/NR并用比膠料配方見表1。

表1 不同NdBR/NR并用比膠料配方 份

不同NdBR/NR并用比硫化膠的物理性能如表2所示。

從表2可以看出：隨著NdBR用量增大，硫化膠的拉伸強度、撕裂強度和DIN磨耗量減小；根據(jù)期望值篩選，5#配方（即NdBR/NR并用比為40/60）符合優(yōu)化要求。

表2 不同NdBR/NR并用比硫化膠的物理性能

2.2 補強體系的選擇

不同補強體系膠料配方見表3。

不同補強體系硫化膠的物理性能如表4所示，其中tanδ為損耗因子。

表4 不同補強體系硫化膠的物理性能

根據(jù)表3和4中的數(shù)據(jù)，建立自變量與因變量之間的關(guān)聯(lián)，按照最小二乘法進行預(yù)測值和試驗值擬合，P值均小于0.05[P值指在一個概率模型中，統(tǒng)計摘要（如兩組樣本均值差）與實際觀測數(shù)據(jù)相同，或甚至更大這一事件發(fā)生的概率，P≤0.05可以定為擬合程度優(yōu)]，結(jié)果如圖1—6所示。

圖1 邵爾A型硬度擬合曲線

圖2 拉伸強度擬合曲線

圖3 拉斷伸長率擬合曲線

圖4 撕裂強度擬合曲線

圖5 DIN磨耗量擬合曲線

圖6 tan δ擬合曲線

表3 不同補強體系膠料配方 份

根據(jù)試驗值與預(yù)測值的擬合曲線繪制自變量（白炭黑175MP和炭黑N234用量）與因變量（膠料性能）等高線（見圖7），線條陰影部分為白炭黑175MP和炭黑N234用量的期望值范圍，其中白炭黑175MP用量為10.6～15份，炭黑N234用量為42～49.3份，偶聯(lián)劑HP-699用量為白炭黑用量的20%。

圖7中標記的期望值區(qū)間4個方向白炭黑175MP和炭黑N234的極值用量及通過等高線預(yù)測的物理性能如表5所示。

圖7 白炭黑175MP和炭黑N234用量與膠料性能的等高線

從表5可以看出，①和④標記點白炭黑用量均為15份，且硫化膠綜合性能較優(yōu)，故選取①和④標記點作為路試膠料配方進行對比分析。

表5 4個標記點對應(yīng)白炭黑175MP和炭黑N234的用量及等高線預(yù)測的物理性能

2.3 路試分析

路試膠料配方如表6所示。

根據(jù)表6配方進行大配合試驗，得到胎面膠的物理性能，如表7所示。

由表7可知，胎面膠的拉斷伸長率比預(yù)測值小，撕裂強度和DIN磨耗量比預(yù)測值大。

表7 路試胎面膠的物理性能

采用表6配方胎面膠試制12R22.5輪胎（花紋深度為18 mm，如圖8所示），并進行道路試驗，試驗條件為：車型 1F＋2D＋3T拖掛車（如圖9所示），單程運距 200 km，車貨總質(zhì)量 ≤49 t、行駛路況 70%高速＋30%國道。16#配方輪胎安裝于左側(cè)輪位（即圖9中輪位3，4，7，8，11，12，15，16，19和20），17#配方輪胎安裝于右側(cè)輪位（即圖9中輪位5，6，9，10，13，14，17，18，21和22）。

圖9 路試車型示意

表6 路試膠料配方 份

車輛行駛超過15萬km后對輪胎磨損情況進行評價，結(jié)果如表8和圖10所示。

表8 路試結(jié)果

由表8可知，16#配方輪胎單位磨損深度行駛里程較17#配方輪胎大4.5%，由于花紋測量按平均值計算，故磨耗里程數(shù)相差5%以內(nèi)可視為水平相當。從圖10可以看出，17#配方輪胎胎面有啃傷、掉塊現(xiàn)象。

圖10 路試輪胎胎面磨損情況

3 結(jié)論

NdBR在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中應(yīng)用時，通過配方優(yōu)化，即NdBR用量不超過40份，同時添加適量白炭黑，輪胎具有較大的磨耗里程和較好的路況適應(yīng)性；當NdBR用量為40份時，配合炭黑用量為42～49份、白炭黑用量為10～15份，隨著炭黑或白炭黑用量的增大，膠料的硬度增大，當硬度大于68度時，輪胎的路況適應(yīng)性下降，且胎面存在啃傷、掉塊的風險。