異戊橡膠IR-80在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用

王 坤，王曉雷

[雙錢集團（新疆）昆侖輪胎有限公司，新疆 烏魯木齊 831400]

輪胎消耗世界70%的天然橡膠（NR），而NR產(chǎn)量有限，因此輪胎企業(yè)積極尋找NR的替代品。NR中順式-1，4-聚異戊二烯含量大，且NR主分子鏈規(guī)整度高，結(jié)晶性能優(yōu)，相對分子質(zhì)量大且分布寬，凝膠含量大[1-2]。異戊橡膠是綜合性能最接近NR的合成橡膠[3-5]。

我公司地處中國最西部，70%以上的NR依賴進口，運輸成本非常高，且運輸周期長。克拉瑪依市天利恒華石化有限公司生產(chǎn)的異戊橡膠IR-80（以下簡稱IR-80）綜合性能較好，且該公司與我公司同在新疆，距離較近，運輸成本大大降低，同時能降低我公司的原材料庫存。本工作主要研究IR-80在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用。

1 實驗

1.1 原材料

IR-80，克拉瑪依市天利恒華石化有限公司產(chǎn)品；NR，STR20，泰國產(chǎn)品；炭黑N234，嘉峪關(guān)大友嘉能化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑955MP，無錫恒亨白炭黑有限責任公司產(chǎn)品；氧化鋅（純度99.7%）、硬脂酸、防老劑6PPD、防老劑TMQ、偶聯(lián)劑Si69、硫黃和促進劑均為市售工業(yè)品。

1.2 配方

胎面膠配方見表1。

表1 胎面膠配方 份

1.3 主要設備和儀器

XK-150型開煉機，廣東湛江機械廠產(chǎn)品；F370型和F270型密煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產(chǎn)品；MDR2000E型無轉(zhuǎn)子硫化儀和T2000型電子拉力機，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；VSMV-100B型門尼粘度計，上海諾甲儀器儀表有限公司產(chǎn)品；DIN磨耗測試儀和RH-2000型橡膠壓縮生熱試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗膠料在開煉機上混煉，加料順序為：生膠→氧化鋅、防老劑等小料→炭黑和白炭黑→下片→停放→硫黃和促進劑→下片，停放。

大配合試驗膠料采用3段混煉，一段混煉在F370型密煉機中進行，初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：生膠→壓壓砣（20 s）→部分炭黑、白炭黑及小料→壓壓砣至145 ℃→提壓砣，保持10 s（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)至25 r·min-1）→排膠（156 ℃）；二段混煉在F370型密煉機中進行，初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：一段混煉膠和剩余炭黑→壓壓砣（40 s）→提壓砣，保持10 s（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)至20 r·min-1）→排膠（153 ℃）；三段混煉在F270型密煉機中進行，初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，壓砣壓力為0.4 MPa，混煉工藝為：二段混煉膠、硫黃和促進劑→壓壓砣（25 s）→提壓砣→壓壓砣（40 s）→提壓砣，保持10 s（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)至20 r·min-1）→排膠（118 ℃）。

為了保證試驗結(jié)果的準確性，采用同批次原材料，試驗配方和生產(chǎn)配方膠料在同一班次先后在同一臺密煉機中混煉。

1.5 性能測試

膠料各項性能按照相應的國家標準進行測試。成品輪胎耐久性能按企業(yè)標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗

小配合試驗結(jié)果如表2所示。

從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗配方膠料門尼粘度增大，門尼焦燒時間延長，硫化儀數(shù)據(jù)中各時間均延長，這是由于IR-80門尼粘度較NR穩(wěn)定，相對分子質(zhì)量分布窄；試驗配方膠料的定伸應力降低，拉斷伸長率提高，拉伸強度、壓縮疲勞溫升和DIN磨耗量相當。

表2 小配合試驗結(jié)果

2.2 大配合試驗

大配合試驗結(jié)果如表3所示。

從表3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，試驗配方膠料門尼粘度較大，硫化儀數(shù)據(jù)中各項時間均延長，定伸應力相對偏低，其他性能接近。

表3 大配合試驗結(jié)果

2.3 工藝性能

試驗配方膠料混煉工藝性能較好，排膠后沒有出現(xiàn)散料的情況，下片后膠料表面光滑。

試驗配方膠料擠出溫度與生產(chǎn)配方膠料相當，擠出胎面半成品表面光滑、無麻面、無破邊，沒有出現(xiàn)斷料等現(xiàn)象，尺寸變化小，擠出胎面氣孔率沒有差異。

在胎面膠中使用15份IR-80等量替代NR可改善混煉和擠出工藝性能。

2.4 成品性能

使用試驗配方和生產(chǎn)配方制備12.00R20 18PR KT269全鋼載重子午線輪胎，成品輪胎耐久性能按企業(yè)標準進行測試，測試條件為：充氣壓力830 kPa，額定負荷3 750 kg，速度55 km·h-1，室溫35 ℃。按照國家標準要求試驗47 h后，每10 h行駛速度增大5 km·h-1，負荷增大10%，直至輪胎損壞為止。

成品輪胎耐久性試驗結(jié)果如表4所示。由表4可見，試驗輪胎的耐久性能略優(yōu)于生產(chǎn)輪胎。

表4 成品輪胎耐久性試驗結(jié)果

2.5 成本分析

按市場價格計算，在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中使用15份IR-80等量替代NR，生產(chǎn)成本下降0.1元·kg-1，同時IR-80產(chǎn)地較近，運輸費用大幅降低，具有良好的經(jīng)濟效益。

3 結(jié)論

在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中使用15份IR-80等量替代NR，可延長膠料焦燒時間，改善混煉和擠出工藝性能，在保證硫化膠物理性能和成品輪胎耐久性能的同時可降低生產(chǎn)成本。試驗輪胎自2018年投入使用后，未出現(xiàn)胎面膠掉塊或者不耐磨的現(xiàn)象，市場反饋良好。