抗硫化返原劑KA9188在半鋼子午線輪胎帶束層膠中的應(yīng)用

徐文龍，宮亭亭，徐 旗，李崇兵

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

帶束層是輪胎的主要受力部件，用來箍緊胎體、限制輪胎變形兼有緩沖的作用[1]，也決定著輪胎強(qiáng)度和充氣狀態(tài)下的輪廓，可提升輪胎的剛性、穩(wěn)定性和均勻性[2-3]。帶束層中橡膠與鋼絲簾線間是否可保持長久有效的粘合性，對輪胎的使用壽命起決定作用[4]。低生熱、耐熱氧老化的帶束層可有效提升輪胎的高速和耐久性能。

半鋼子午線輪胎帶束層膠配方通常采用高硫低促的傳統(tǒng)硫化體系。生膠體系為天然橡膠（NR）、采用硫黃硫化體系的膠料物理性能優(yōu)異，但在高溫硫化或低溫長時間硫化過程中會出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象。硫化曲線表現(xiàn)為轉(zhuǎn)矩達(dá)到最高轉(zhuǎn)矩（Fmax）后，隨著硫化時間的延長轉(zhuǎn)矩降低，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)密度減小；宏觀表現(xiàn)為硫化膠的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力及撕裂強(qiáng)度等性能下降，進(jìn)而影響輪胎的使用壽命[5]。

本工作主要研究抗硫化返原劑KA9188（簡稱KA9188）對高硫低促NR體系帶束層膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，20#顆粒膠，馬來西亞產(chǎn)品；炭黑N326，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；KA9188（硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為27%），進(jìn)口產(chǎn)品；3×0.28ST鋼絲簾線，江蘇興達(dá)鋼簾線股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

原配方（用量份）：NR 100，炭黑N236 55，氧化鋅 8.5，硫黃 5，其他 19.25。1#—3#試驗(yàn)配方分別在原配方的基礎(chǔ)上加入0.5份KA9188、1份KA9188和0.27份硫黃。

1.3 主要設(shè)備和儀器

GK1.5N型密煉機(jī)，德國克虜伯公司產(chǎn)品；MDR2000型 無 轉(zhuǎn) 子 硫 化 儀 和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；DKD-K-16801型自動硬度計(jì)，德國Bareiss公司產(chǎn)品；Eplexor500N型動態(tài)粘彈譜分析儀，德國GABO公司產(chǎn)品；CMT-4503型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思試驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

小配合膠料分2段混煉。

一段混煉密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為75 r?min-1，混煉工藝為：生膠（20 s）→炭黑N326（30 s）→環(huán)保芳烴油、防老劑等小料（30 s）→調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速至40 r?min-1并升溫至150～155 ℃（90 s）→排膠。膠料在開煉機(jī)上過輥（輥距為3 mm）45 s，下片并停放24 h。

二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→混煉均勻→下片。

1.5 性能測試

膠料的各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

膠料的硫化特性如表1所示。

表1 膠料的硫化特性

從表1可以看出：加入KA9188后，膠料的門尼粘度變化不大，門尼焦燒時間延長，硫化速度稍快，抗硫化返原性能提升；補(bǔ)加硫黃造成膠料的抗硫化返原性能下降。

2.2 物理性能

膠料物理性能如表2所示。

從表2可以看出：添加KA9188的膠料的邵爾A型硬度稍有增大，拉斷伸長率降低，定伸應(yīng)力增大，其他物理性能相當(dāng)；KA9188用量為0.5和1份的膠料的物理性能基本一致；補(bǔ)加硫黃膠料的邵爾A型硬度增大，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率都降低。

表2 膠料的物理性能

2.3 動態(tài)性能

膠料的動態(tài)性能如表3所示。

從表3可以看出：與原配方膠料相比，加入KA9188的膠料60 ℃時的損耗因子（tanδ）減小，表明膠料的生熱降低，有利于降低滾動阻力；25 ℃時的儲能模量（E′）增大，表明膠料的剛性提升，有利于提升輪胎的高速和耐久性能；補(bǔ)加硫黃膠料的滾動阻力稍有降低。

表3 膠料的動態(tài)性能

2.4 粘合性能

膠料老化前后抽出力如表4所示。

表4 膠料老化前后的抽出力 N

從表4可以看出：添加了KA9188和補(bǔ)加硫黃的膠料老化前的抽出力均增大，是由于KA9188和硫黃會增大橡膠的交聯(lián)密度，同時KA9188可改善NR的抗硫化返原性；熱老化后，添加KA9188膠料具有較好的抽出力保持性，而補(bǔ)加硫黃的膠料與原配方膠料的抽出力相當(dāng)；蒸汽老化和鹽水老化后，試驗(yàn)配方膠料的抽出力較原配方膠料稍有增大。

2.5 成品輪胎性能

2.5.1 高速和耐久性能

選擇原配方和1#試驗(yàn)配方進(jìn)行成品輪胎試制，輪胎規(guī)格為205/55R16 91V，并根據(jù)GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行高速和耐久性能測試，測試結(jié)果分別如表5和6所示。

表5 成品輪胎的高速性能測試結(jié)果

表6 成品輪胎的耐久性能測試結(jié)果

從表5和6可以看出，1#試驗(yàn)配方輪胎的高速和耐久性能均較原配方輪胎提升。這是由于1#試驗(yàn)配方帶束層膠的生熱較低，剛性較大，同時配方中含有抗硫化返原劑，降低了輪胎在滾動過程中因生熱造成的帶束層性能下降，從而提升了輪胎高速和耐久性能。

2.5.2 滾動阻力

按照ECER117對試制輪胎進(jìn)行滾動阻力 測試，得到原配方和1#試驗(yàn)配方輪胎的滾動阻力 系數(shù)分別為8.312和8.087 N?kN-1，1#試驗(yàn)配方輪胎的滾動阻力系數(shù)較原配方輪胎降低了0.225 N?kN-1。

3 結(jié)論

（1）添加KA9188后，混煉膠的門尼粘度變化不大，門尼焦燒時間延長，硫化速度加快，抗硫化返原性能提升。

（2）添加KA9188后，硫化膠的邵爾A型硬度稍有增大，定伸應(yīng)力增大，拉斷伸長率降低，其他物理性能相當(dāng)。

（3）添加KA9188后，膠料60 ℃時的tanδ減小，25 ℃時的E′增大。

（4）添加KA9188膠料的老化前及熱老化后的抽出力明顯增大，蒸汽老化和鹽水老化后抽出力稍有增大。

（5）添加KA9188后，成品輪胎的高速和耐久性能提升，滾動阻力降低。