農用機械橡膠履帶膠料的配方改進及性能研究

聶萬江，李文東，曾 季，韓 慧，云霄碧

（1.北京橡膠工業研究設計院有限公司，北京 100143；2.上海華向橡膠履帶有限公司，上海 201407）

橡膠履帶是一種橡膠材料制成的環形膠帶制品，與金屬履帶相比，其具有接地壓力小、振動噪聲低、不損傷路面、密度小、速度快和多路況運行等優點，其缺點是在沙石較多的粗糙路面上運行容易損壞[1-5]。目前，市場上部分農用機械橡膠履帶在砂石粗糙路面上使用時出現溝底裂的早期損壞情況，導致其使用壽命較短。

為解決橡膠履帶溝底裂的問題，除了要求橡膠履帶膠料具有優異的拉伸性能和抗撕裂性能以及較低的壓縮生熱外，還要求橡膠履帶膠料具有良好的抗切割性能[6-11]。這是因為良好的抗切割性能有助于減緩橡膠履帶溝底裂的發生，延長橡膠履帶的使用壽命。膠料的抗切割性能屬于高分子材料抗沖擊破壞性能，高分子材料的沖擊破壞過程包含裂紋引發階段和裂紋擴展階段[12-17]。裂紋引發能與高分子材料的主價鍵力、內聚強度、耐疲勞性能相關，裂紋擴展能與高分子材料的結晶、裂紋尖端塑彈形變相關。凡是能夠影響高分子材料裂紋引發能和擴展能的因素都會影響材料的抗切割性能。

本工作改進農用機械橡膠履帶膠料的配方，采用炭黑/白炭黑并用補強體系，并添加少量抗撕裂助劑，以提高橡膠履帶膠料的抗切割性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR1，云南天然橡膠產業集團有限公司產品；炭黑N220和N234，美國卡博特公司產品；白炭黑，德國贏創工業集團產品；抗撕裂助劑，上海君宜化工有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：NR 100，填料 50，硫黃/促進劑 2.5，其他 15。

試驗配方設計的主旨是在保證膠料其他性能變化不大的情況下，提高膠料的抗切割性能。為此，試驗配方采用炭黑/白炭黑并用補強體系，并添加少量抗撕裂助劑，見表1。

表1 試驗配方 份Tab.1 Experimental formulas phr

1.3 主要設備和儀器

XK-160A型開煉機，上海橡膠機械廠產品；Banbury 1.57 L密煉機，英國法雷爾公司產品；M200E型門尼粘度計、C2000E型硫化儀、T2000E型拉力機和Y3000E型壓縮生熱試驗機，北京市友深電子儀器有限公司產品；RCC-1型橡膠動態切割試驗機，北京萬匯一方儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉在密煉機中進行，密煉機的轉子轉速為80 r·min-1，先用廢膠洗車，密煉室溫度達到100 ℃時提壓砣，投入NR，破膠30 s；提壓砣，加入炭黑、白炭黑、偶聯劑Si69、油及其他小料，壓壓砣2 min；提壓砣、清掃、壓壓砣（視情況可再提壓砣1—2次），溫度達到150 ℃時排膠，膠料采用開煉機下片。二段混煉在開煉機上進行，加入一段混煉膠、硫黃和促進劑，混煉均勻后下片。

1.5 性能測試

抗切割性能采用RCC-1型橡膠動態切割試驗機測試，試驗條件：膠輪轉速 725 r·min-1，打擊速度 120 次·min-1，打擊時間 15 min。

膠料其他性能按照相應國家標準或行業標準進行測定。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

混煉膠的門尼粘度和硫化特性見表2。

從表2可以看出：試驗配方SY1—SY4膠料的門尼粘度和焦燒時間與生產配方膠料相近，FL和Fmax小于生產配方膠料；試驗配方SY4膠料的t90最長，硫化速度稍慢。

2.2 物理性能

膠料的物理性能見表3。

從表3可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方SY1—SY4膠料的300%定伸應力和500%定伸應力稍有提高，拉伸強度和撕裂強度相近，拉斷伸長率有不同程度降低；試驗配方SY1和SY2膠料的壓縮疲勞溫升相近，試驗配方SY3和SY4膠料的壓縮疲勞溫升較低。

表3 膠料的物理性能Tab.3 Physical properties of compounds

從表3還可以看出：100 ℃×24 h老化后，試驗配方SY1—SY4膠料的邵爾A型硬度變化和拉伸強度變化率相差不大，其中拉伸強度變化小于生產配方膠料；壓縮疲勞溫升總體降低，壓縮永久變形減小。試驗配方膠料的耐老化性能與生產配方膠料總體相近。

2.3 抗切割性能

膠料的抗切割性能如表4所示。

表4 膠料的抗切割性能Tab.4 Cutting resistances of compounds

從表4可以看出：試驗配方SY1—SY4膠料的質量損失和質量損失率均小于生產配方膠料，表明其抗切割性能好于生產配方膠料；試驗配方SY1，SY2和SY3膠料的抗切割性能相近，優于試驗配方SY4膠料，這可能與其配方中炭黑與白炭黑并用有關，表面能較高的白炭黑在膠料變形過程中能夠消耗更多的變形能，抑制裂口的增長。

3 結論

為了解決農用機械橡膠履帶在砂石粗糙路面上使用出現溝底裂的早期損壞問題，在膠料的試驗配方中將炭黑與白炭黑并用，同時少量添加抗撕裂助劑。結果表明，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度和焦燒時間相近，FL和Fmax減小，300%定伸應力和500%定伸應力稍有提高，拉伸強度、撕裂強度和耐老化性能相近，拉斷伸長率降低，抗切割性能提高，這有助于解決橡膠履帶溝底裂的早期損壞問題。