基于DOE試驗設計改善全鋼載重子午線輪胎胎體鋼絲粘合膠性能

2022-07-20 01:27:38李志濤林國陣

輪胎工業 2022年1期

李志濤，林國陣，陳偉

（廈門力達威化工科技有限公司，福建廈門 361021）

鋼絲簾線/硫化膠復合材料的性能是由橡膠基體、粘合界面及鋼絲增強相共同決定的[1-2]，因此復合材料的疲勞壽命取決于三者最薄弱的環節[3]。復合材料的破壞發生在橡膠相歸因于橡膠基體的物理性能和耐疲勞性能差；破壞發生在界面層則是由于粘合界面的強度低，粘合穩定性不足[4-6]。二者最終都將導致鋼絲簾線/硫化膠復合材料失效，直接影響制品的應用價值和使用安全性[7-8]。因此綜合研究粘合橡膠基體物理性能和粘合界面粘合強度，對抑制故障會產生更有效的作用。然而，同時研究橡膠物理性能和粘合強度性能，將涉及到多變量及其相互影響，試驗設計（DOE）可以以較少的試驗次數，快速實現多變量的綜合選優，并可模擬優選方案的性能數據。

本工作借助Minitab軟件、采用DOE中的田口設計，分析各變量的相互作用，選用鈷鹽粘合體系配方，提升胎體膠的物理性能及其與鋼絲簾線界面的粘合強度。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；炭黑N326，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；癸酸鈷，美國SHEPHERD公司產品；不溶性硫黃HDOT20，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產品。

1.2 試驗配方及DOE試驗設計

使用全鋼載重子午線輪胎胎體膠配方進行試驗，確定DOE試驗為4因子3水平，因子A—D分別為氧化鋅、癸酸鈷、不溶性硫黃和防老劑RD用量，見表1，DOE試驗L934正交設計表見表2。

表1 DOE分析設計因子和水平份

表2 DOE試驗正交設計表

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1.61L密煉機，利拿機械工業股份有限公司產品；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；XLB-Q型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產品；AI-2000M型拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品；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

膠料采用兩段混煉工藝，一段混煉在密煉機中進行，混煉工藝為：生膠→加壓1 min→炭黑→加壓1 min→小料→加壓1 min→提壓砣，加壓（1.5 min）→排膠；二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段母煉膠→薄通2次→硫黃和促進劑→薄通2次→搗膠2次→下片。

1.5 性能測試

膠料的各項性能均按照相應的國家標準或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 小配合試驗

小配合試驗結果如表3所示，其中粘合力測試采用T抽出法。

表3 小配合試驗結果

2.2 最值歸一化

選擇膠料的拉伸強度、拉斷伸長率、粘合力和壓縮疲勞溫升為影響橡膠與鋼絲簾線界面破壞的4個關鍵指標。對關鍵指標數據進行最值歸一化處理，結果如表4所示。

表4 最值歸一化結果

2.3 綜合指標轉化

將拉伸強度、粘合力、拉斷伸長率和壓縮疲勞溫升分別賦予權重為2∶2∶1∶1，并將其最值歸一化數據合并為膠料綜合性能的質量指數（以下簡稱綜合性能指數），從而將多指標問題轉化為單指標，實現多目標問題的綜合優化[9]。試驗方案1—9的綜合性能指數分別為11.07，10.55，10.32，11.35，10.69，10.90，11.57，10.83和9.98。