液相混煉母膠在泥地越野輪胎胎面膠中的應用

王玉海，張 琳，劉 震，楊 昆

（怡維怡橡膠研究院有限公司，山東 青島 266045）

與公路（HT）輪胎和全地形（AT）輪胎相比，泥地（MT）輪胎有非常鮮明的越野風格，其胎面有很大很深的縱橫溝槽，以確保SUV可以在泥地里慢速排泥或高速甩泥，甚至在一些路況惡劣的地面上也有較大的抓著力。越野輪胎不僅限于一般公路上使用，還要在松軟的土壤或沙質地帶順利通過，有時還要爬越陡峭的坡地，穿越各種棱角尖銳的石子路面[1]，因此要求胎面膠具有良好的耐磨性能、抗撕裂性能、抗刺扎性能、耐疲勞性能、耐老化性能和動態性能[2-5]。MT越野輪胎胎面膠配方的設計要點包括：生膠以天然橡膠（NR）為主、填料使用中超耐磨或超耐磨低結構炭黑、采用高硫低促硫化體系及適當提高撕裂強度等。

本工作采用液相混煉母膠（由橡膠/填料/配合劑等在液相條件下均勻混合而成）開發MT越野輪胎胎面膠，以期提高MT越野輪胎的性能。

1 實驗

1.1 原材料

液相混煉母膠[組分為NR 60，溶聚丁苯橡膠（SSBR） 30，順丁橡膠（BR） 10，白炭黑1165MP 80，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，防老劑RD 1，防老劑4020 2]，怡維怡橡膠研究院有限公司產品；氧化鋅，大連氧化鋅廠產品；硬脂酸，馬來西亞立成有限公司產品；防老劑RD，中國石化集團南京化學工業有限公司產品；防老劑4020，江蘇圣奧化學科技有限公司產品；硫黃，臨沂市羅莊區湖濱區化工廠產品；促進劑CBS，山東尚舜化工有限公司產品。

1.2 試驗配方

試驗配方：液相混煉母膠 188.5，硫黃/促進劑CBS 3.5。

參比配方：NR 35，乳聚丁苯橡膠（ESBR）65，炭黑N220 60，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，防老劑RD 1，防老劑4020 2，硫黃/促進劑CBS 3.5。

參比配方為生產配方，試驗配方是根據MT越野輪胎和液相混煉母膠特點而專門設計的。

1.3 主要設備和儀器

F270和F370型密煉機，軟控股份有限公司產品；XK-160型開煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產品；XLB-D600×600型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產品；M2000AN型流變儀，美國阿爾法科技有限公司產品；GT-7080S2型門尼粘度儀、RH-2000型橡膠壓縮生熱試驗機、GT-7042-RE回彈性測試儀、AI-3000型橡膠拉伸試驗機和GT-7011-D型拉伸疲勞試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；H17A/PC型邵A硬度計，英國華萊士公司產品；FT-1515型屈撓龜裂試驗機，江都市新真威試驗機械有限公司產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 試驗配方膠料

液相混煉母膠的制備。在橡膠溶液中，加入白炭黑、氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD和防老劑4020，混合分散均勻后加入凝聚器內凝聚，然后脫溶劑并干燥得到液相混煉母膠。

終煉膠的制備。終煉在F270型密煉機中進行，容量約為210 kg，轉子轉速為25 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：液相混煉母膠、硫黃和促進劑→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣→排膠（105 ℃）。

1.4.2 參比配方膠料

母膠的制備。母膠混煉在F370型密煉機中進行，容量約為330 kg，轉子轉速為35 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：生膠→壓壓砣（30 s）→提壓砣→炭黑→壓壓砣（50 s）→提壓砣→氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD、防老劑4020→壓壓砣（40 s）→提壓砣→壓壓砣→排膠（150 ℃）。

終煉膠的制備方法同試驗配方。

1.5 性能測試

膠料的各項性能均按照相關國家標準進行測試。成品輪胎高速性能和耐久性能按照GB/T 4501—2016進行測試，滾動阻力系數按照ISO 28580—2018進行測試。

2 結果與討論

2.1 門尼粘度、門尼焦燒時間和硫化特性

表1示出了試驗配方和參比配方混煉膠的門尼粘度、門尼焦燒時間和硫化特性。

由表1可以看出，試驗配方和參比配方混煉膠的門尼粘度、門尼焦燒時間和t90相差很大，表明加工性能差異很大，試驗配方混煉膠的t90大幅縮短，表明硫化速率加快，這是液相混煉母膠的特性之一。

表1 混煉膠的門尼粘度、門尼焦燒時間和硫化特性

2.2 物理性能

表2示出了試驗配方和參比配方硫化膠的物理性能。

表2 硫化膠的物理性能

由表2可以看出，與參比配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠在拉伸強度和撕裂強度方面有較明顯的優勢，但拉斷伸長率降低。300%定伸應力與100%定伸應力的比值用來表征聚合物-填料的相互作用，比值越大，相互作用越強，試驗配方硫化膠中聚合物-填料相互作用強于參比配方硫化膠。

2.3 動態性能

表3示出了試驗配方和參比配方硫化膠的動態性能，tanδ為損耗因子。

表3 動態性能

由表3可以看出，試驗配方硫化膠的動態性能優于參比配方硫化膠，其回彈值大、生熱低、60 ℃時的tanδ大幅降低，10萬次拉伸疲勞性能明顯優于參比配方硫化膠，30萬次屈撓龜裂性能相當。

2.4 工藝性能

表4示出了試驗配方和參比配方膠料的擠出工藝參數。圖1示出了試驗配方和參比配方膠料的擠出胎面斷面。圖2示出了試驗配方膠料擠出胎面成型后接頭狀況。

表4 胎面膠擠出工藝參數

圖1 擠出胎面斷面

圖2 試驗配方膠料擠出胎面成型后接頭狀況

從圖1可以看出，試驗配方膠料擠出胎面外觀無異常，但與參比配方膠料擠出胎面相比，其表面略顯粗糙，這是由于液相混煉母膠的結合膠含量高所致，也是液相混煉母膠的一個特點。從圖2可以看出，試驗配方膠料擠出胎面成型后接頭狀況良好，沒有開裂。

2.5 成品性能

采用試驗配方和參比配方胎面膠生產LT245/75R16輪胎，進行成品性能測試。

圖3示出了采用試驗配方胎面膠生產的成品輪胎外觀。從圖3可以看出，采用試驗配方胎面膠生產的成品輪胎外觀良好。

圖3 用試驗配方胎面膠生產的成品輪胎外觀

表5示出了成品輪胎的高速性能、耐久性能和滾動阻力測試結果。從表5可以看出，試驗輪胎和參比輪胎的高速性能和耐久性能都達到了國家標準要求，雖然試驗輪胎的高速性能和耐久性能略遜于參比輪胎，但是其滾動阻力系數大幅減小，滾動阻力降低。

表5 成品輪胎高速性能、耐久性能和滾動阻力測試結果

2.6 實際道路試驗

將試驗輪胎裝配于江鈴陸風SUV越野車進行實際道路測試，如圖4所示。結果表明：相同行駛距離試驗輪胎花紋溝平均磨耗量為1.46 mm（測量點選取見圖5），參比輪胎為2.12 mm；試驗輪胎每行駛1萬km的平均磨耗量為1.18 mm，參比輪胎為1.71 mm。與參比輪胎相比，試驗輪胎的實際耐磨性能大幅提高，增幅超過30%。截至目前，路試還未結束，輪胎未出現損壞情況，后續將繼續跟蹤觀察。

圖4 裝配試驗輪胎的實際道路測試車輛

圖5 測量點選取

3 結論

（1）與參比配方膠料相比，采用液相混煉母膠的膠料門尼焦燒時間短，硫化速率快。

（2）與參比配方膠料相比，采用液相混煉母膠的硫化膠在拉伸強度和撕裂強度方面有較明顯的優勢，且回彈值大，生熱低，60 ℃時的tanδ大幅降低，耐拉伸疲勞性能提高。

（3）采用液相混煉母膠的試驗配方膠料因結合膠含量較高，擠出胎面表面正常但略顯粗糙，成型后接頭狀況良好。

（4）試驗輪胎的高速性能和耐久性能略差于參比輪胎，但滾動阻力明顯減小，在耐磨性能方面優勢非常明顯。

致謝：在試驗測試中得到我公司PCR室同事的支持以及思通試驗室的幫助，在此表示感謝！