高抗撕裂改性劑EN-01在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用

李志濤，林國陣

（廈門力達威化工科技有限公司，福建 廈門 361021）

當路面狀況較差時，全鋼載重子午線輪胎在載荷的作用下，輪胎表面受到尖銳物品的撞擊或刺扎，易導致膠料產生裂紋[1-3]。同時，輪胎在行駛過程中會產生大量熱量，速度越高生熱越大。產生的熱量會導致輪胎溫度升高，加速膠料裂紋的擴展，最終導致輪胎發生崩花掉塊和異常磨損等問題；溫度升高也會使膠料強度降低，嚴重時可能導致輪胎爆破，造成不可挽回的損失[4-7]。提高輪胎膠料的抗撕裂性能有利于抑制裂紋的產生和擴展，但市場上大部分的抗撕裂樹脂在輪胎中使用時會加速輪胎的生熱，增大了輪胎的行駛風險[8-10]。

高抗撕裂改性劑EN-01是一種提升橡膠抗撕裂和抗切割性能的助劑，外觀為白色或淡粉色固體粉末，熔點為213～215 ℃，無氣味。其在輪胎中使用，可以有效提高輪胎的抗撕裂性能，同時不影響生熱性能。

本工作主要探討高抗撕裂改性劑EN-01在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用效果。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國進口產品；炭黑BL201，山東貝斯特化工有限公司產品；高抗撕裂改性劑EN-01，大冢材料科技（上海）有限公司產品；DCPD樹脂，彤程新材料集團股份有限公司產品；硫黃，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產品。

1.2 配方

高抗撕裂改性劑EN-01在全鋼載重子午線輪胎胎面膠配方中進行應用試驗，試驗配方如表1所示，其中1#配方為空白對照組。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設備和儀器

XSK-150型開煉機，莊河橡膠機械有限公司產品；KD-1-5型1.61 L密煉機，利拿機械工業股份有限公司產品；BB270型和BB430型密煉機，日本神戶制鋼有限公司產品；MV2000型門尼粘度計、MDR2000型硫化儀和RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；AI-2000M型拉力試驗機和阿克隆磨耗儀，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；RCC-Ⅰ型抗切割性能試驗機，北京萬匯一方科技發展有限公司產品；GCYLSN-1112型輪胎耐久性試驗機，青島高校測控技術有限公司產品；GOODRICH型壓縮生熱試驗儀，德國DOLI公司產品；401A型熱空氣老化箱，江都市新真威試驗機械有限責任公司產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料采用兩段混煉工藝，轉子轉速為40～100 r·min-1，一段混煉在1.61 L密煉機中進行，混煉工藝為:生膠→壓壓砣1 min→炭黑→壓壓砣1 min→氧化鋅、防老劑和樹脂等→壓壓砣1 min→提壓砣→壓壓砣1.5 min→排膠；二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為:一段混煉膠→薄通2次→硫黃和促進劑→薄通2次→搗膠2次→排膠下片。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料采用4段混煉工藝。前3段混煉在BB430型密煉機中進行，轉子轉速為50 r·min-1，壓砣壓力為0.55 MPa。一段混煉工藝為:生膠、1/5炭黑→壓壓砣35 s→提壓砣→壓壓砣25 s→提壓砣→壓壓砣→（155±5）℃排膠→停放4 h。二段混煉工藝為:一段混煉膠、4/5炭黑、氧化鋅、防老劑和樹脂等→壓壓砣35 s→提壓砣→壓壓砣25 s→提壓砣→壓壓砣→（160±5）℃排膠→停放8 h。三段混煉工藝為:二段混煉膠→壓壓砣25 s→提壓砣→壓壓砣25 s→提壓砣→壓壓砣→（155±5）℃排膠→停放8 h。終煉在BB270型密煉機中進行，轉子轉速為22 r·min-1，壓砣壓力為0.55 MPa，混煉工藝為:三段混煉膠、硫黃、防焦劑和促進劑→壓壓砣25 s→提壓砣→壓壓砣25 s→提壓砣→壓壓砣→（105±5）℃排膠→停放8 h。

1.5 性能測試

膠料的各項性能均按照相應的國家或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

高抗撕裂改性劑EN-01的理化分析結果如表2所示。

從表2可以看出，高抗撕裂改性劑EN-01的理化性能滿足企業內控標準。

表2 高抗撕裂改性劑EN-01的理化分析結果

2.2 小配合試驗

小配合試驗結果如表3所示。

從表3可以看出:與1#配方膠料相比，2#配方膠料的門尼粘度和門尼焦燒時間差別不大，3#和4#配方膠料的門尼粘度高約10個值，門尼焦燒時間縮短約2 min，硫化速度相當；老化前后，2#—4#配方膠料的拉斷伸長率和撕裂強度明顯增大，切割體積比明顯減小，這說明添加DCPD樹脂和高抗撕裂改性劑EN-01都可大幅提升膠料的抗撕裂性能，其中以添加高抗撕裂改性劑EN-01的4#配方膠料效果最佳；2#配方膠料的耐磨性能和低生熱性能較1#配方膠料略差，3#配方膠料的300%定伸應力和耐磨性能較1#配方膠料略差，而適當增大硫黃用量的4#配方膠料，其他物理性能均與1#配方膠料相當。

表3 小配合試驗結果

綜合分析，4#配方膠料的硫化特性和物理性能較優。

2.3 大配合試驗

根據小配合試驗結果，選擇4#配方與1#空白配方進行大配合試驗，結果如表4所示。

從表4可以看出:與1#配方膠料相比，4#配方膠料的Fmax略低，硫化速度相當，門尼粘度較高，門尼焦燒時間略短；老化前后，4#配方膠料的拉斷伸長率和撕裂強度增大，切割體積比減小；其他物理性能相當。

表4 大配合試驗結果

2.4 工藝性能

在混煉加工過程中，相同混煉條件下，4#試驗配方膠料門尼粘度偏高10個值左右，門尼焦燒時間縮短約2 min，外觀無明顯差異。后續批量試生產，采取在塑煉段增用200 g環保型塑解劑，同時微調混煉工藝，可將膠料的門尼粘度降低5～6個值。

2.5 成品性能

分別采用1#和4#配方膠料試制一批12R22.5 18PR AL06輪胎，分別隨機抽取1條，按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內試驗方法》進行室內耐久性試驗，試驗結果如表5所示。

從表5可以看出，試驗輪胎和生產輪胎的累計行駛時間相近，輪胎損壞部位和形式一致，耐久性能相當。

表5 成品輪胎耐久性試驗結果

2.6 路試驗證

為驗證胎面膠配方中使用高抗撕裂改性劑EN-01后成品輪胎的實際使用性能，采用4#配方試制了一批12R22.5 18PR AL06輪胎，并在湖南長沙地區進行了裝車試驗。車型為雙導單驅六軸車，輪胎裝配在驅動輪，車輛運行區間為長沙至衡陽，以裝配散貨為主，標準載荷35 t，車貨總質量不大于53 t。14個月后，車輛共行駛155 352 km，路試輪胎無任何病象。

3 結論

在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中加入高抗撕裂改性劑EN-01，并適當增大硫黃用量，雖然在混煉過程中膠料門尼粘度偏高，但可在保持拉伸性能、低生熱和耐磨性能相當的前提下，有效提高輪胎的抗撕裂和抗切割性能，在路況較差時的使用優勢明顯。