礦山專用全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方的開發

許建欣

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

進入21世紀，隨著我國基礎建設的快速發展，交通運輸行業發生了巨大變化，載重車輛除了主要的大載荷、高速度、長距離運輸外，短途、混合路面的運輸方式增長較快。傳統單一的公路輪胎已不能適應這種復雜路面和負荷特點的要求，往往出現局部性能過剩或者不足情況。形式相對單一、花紋通用性較大、專用性體現不明確的輪胎很難適應目前運輸車輛對復雜路面特別是在礦山和非等級公路上的使用要求[1-5]。

為滿足運輸業的發展需求，我公司通過市場調研，在輪胎產品設計上進行細分細化。為進一步提高礦山專用全鋼載重子午線輪胎的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊性能，對其胎面膠配方進行了研發并進行了成品試制[6-11]。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1502，中國石油化工股份有限公司齊魯分公司產品；炭黑N115，山東華東橡膠材料有限公司產品；白炭黑，山東聯科新材料有限公司產品；萊茵塑分?GE3082，萊茵化學（青島）有限公司產品；硫黃，無錫嘉鴻橡膠助劑有限公司產品；促進劑CBS，榮成市化工總廠有限公司產品。

1.2 試驗配方

試驗配方見表1。

表1 試驗配方 份

1.3 試驗設備和儀器

GK400N型密煉機，德國克虜伯公司產品；GK270N型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；XK-160型開煉機和XLB-400-2000型平板硫化機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；MDR2000E型硫化儀、MV2000型門尼粘度儀和Tensometer2000型電子拉力機，美國阿爾法科技有限公司產品；401B型老化箱，江都試驗機械廠產品；四輥鋼絲壓延機，意大利RODOLFO公司產品；鋼絲簾布90°裁斷機，德國FISCHER公司產品；LCZ-2024型全鋼載重子午線輪胎成型機，軟控股份有限公司產品。

1.4 混煉工藝

大配合試驗膠料分兩段混煉，一段混煉在GK400N型密煉機中進行，轉子轉速為55 r·min-1，排膠溫度為155～165 ℃，加料順序為：NR、SBR、氧化鋅、防老劑、炭黑、白炭黑、芳烴油等→排膠；二段混煉在GK270N型密煉機中進行，轉子轉速為20 r·min-1，加料順序為：一段混煉膠、硫黃和促進劑→排膠（95～105 ℃）。

1.5 性能測試

各項性能均按照相關國家標準或行業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

各配方膠料的硫化特性見表2。由表2可見：各配方膠料的門尼焦燒時間均偏長；除4#配方膠料的Fmax偏大外，其他配方膠料的Fmax和FL均在標準范圍內；除1#配方膠料的t90在標準范圍內，其他配方膠料的t10和t90均偏長。

表2 膠料的硫化特性

2．2 物理性能

各配方膠料的物理性能見表3。由表3可見：與3#配方膠料相比，多加7份炭黑N115的4#配方膠料老化前后的密度、邵爾A型硬度、300%定伸應力、撕裂強度和耐磨性能明顯提高，拉伸強度、拉斷伸長率和回彈值減小；其他組分相同時，隨著SBR用量的增大，膠料的硬度和撕裂強度有上升的趨勢，拉伸強度和回彈值有下降的趨勢。

表3 膠料的物理性能

2.3 裝車試驗

將試驗輪胎發往內蒙古包頭進行裝車試驗，車型：3軸10輪自卸車，車載荷（包括自身質量）為65～75 t，充氣壓力為1 450 kPa；作業：轉運鐵礦石，每日作業近24 h；作業路面：硬基石塊路面和柏油路面；最高速度：礦區為30 km·h-1，柏油路為45～50 km·h-1。裝車試驗結果見表4。由表4得出以下初步結論。

表4 裝車試驗結果

（1）1#配方胎面膠的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊綜合性能最好，其次為3#配方胎面膠，4#配方胎面膠最差，運行10 d左右就出現了明顯的掉塊現象。

（2）其他組分相同時，SBR用量增大可提高胎面膠的耐磨性能。

（3）硬度相對較小的胎面膠的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊綜合性能較好。

2.4 里程試驗

根據室內和裝車試驗結果，3#配方胎面膠綜合性能較好。為驗證礦山專用全鋼載重子午線輪胎新產品的實際使用效果，將第1批采用3#配方胎面膠的11.00R20和12.00R20試驗輪胎投放到陜西地區進行4個月的實際里程試驗，并與普通輪胎進行對比。試驗輪胎使用里程超過40 000 km。

2.4.1 試驗安排

試驗協作單位為陜西恒悅公司。試驗地點及條件如下：11.00R20輪胎投放于陜西富平縣的雙橋載重車，運輸貨物為碎石等，行駛路面為河道碎石路與柏油路面為主，載質量為40 t以上，使用條件相對惡劣且載荷大；12.00R20輪胎投放于陜西山陽地區的單橋載重車，運輸貨物為沙石等建筑材料，行駛道路以山路為主，載質量為30 t左右，載荷大。

2.4.2 試驗結果

（1）返回量的統計分析。11.00R20輪胎共投放100條，損壞6條，其中胎圈損壞4條、冠部損壞2條，損壞時間均在使用接近3個月、行駛里程接近40 000 km時，損壞率為6%；12.00R20輪胎投放100條，損壞5條，其中胎圈損壞3條、胎肩損壞1條、胎冠損壞1條，損壞時間均在使用接近4個月、行駛里程接近50 000 km時，損壞率為5%。從輪胎試驗地區和損壞的特征、數量等情況來看，長時間行駛和大載荷以及惡劣路況是造成輪胎損壞的關鍵因素。

（2）試驗效果評價。據試驗地區輪胎經銷商反映，陜西地區11.00R20普通輪胎在該地區的退賠率達到7%以上，12.00R20普通輪胎的退賠率達到6%以上，試驗輪胎的綜合損壞率相比降低1%以上。此外用戶評價試驗輪胎的抗刺扎性能和驅動性能與普通輪胎相比有明顯提高，平均單耗可以提高10%以上，綜合里程延長10%左右，使用壽命延長，使用效果滿意。

3 結論

進行了礦山專用全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方的開發。結果表明，NR/SBR并用比為80/20的3#配方胎面膠的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉塊綜合性能較好，試驗輪胎的實際里程試驗損壞率比普通輪胎下降1%以上，綜合里程延長約10%。