粘合樹脂Cyrez 963Z在全鋼工程機械輪胎基部膠中的應用

楊尚毅，凌 峰，樓 昊，彭俊彪

（1.中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310018；2.杭州朝陽橡膠有限公司，浙江 杭州 310018）

近年來國內全鋼工程機械輪胎發展迅速，市場需求大大增加，同時也對其使用壽命提出了更高的要求[1]。粘合樹脂Cyrez 963Z（簡稱Cyrez 963Z）的主要成分六甲氧基甲基三聚氰胺（HMMM）的質量分數為99%，在輪胎膠料中通常是以亞甲基給予體的形式加入，與亞甲基受體在達到硫化溫度（150 ℃）時生成酚醛樹脂，可與白炭黑起到一定的協同作用[2-6]，提高橡膠與鋼絲之間的粘合效果。從提高膠料粘合性能[7-8]、改進混煉工藝的角度出發，可以嘗試在混煉的無硫階段加入粘合樹脂，使其在膠料中分散得更均勻。由于Cyrez 963Z呈液態，因此在混煉過程中其與填料一起加入時也起到了增塑劑的作用，有助于填料與橡膠界面間的浸潤，增強Cyrez 963Z與白炭黑的協同作用，提高膠料的物理性能。

本工作研究Cyrez 963Z替代粘合樹脂HEXA-80（簡稱HEXA-80）在全鋼工程機械輪胎基部膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；白炭黑，無錫恒誠硅業有限公司產品；炭黑N347，邯鄲黑貓炭黑有限責任公司產品；Cyrez 963Z，杭州富陽春匯金納米礦業有限公司產品；HEXA-80，萊茵化學（青島）有限公司產品。

1.2 配方

生產配方（用量/份）：NR 100，白炭黑/炭黑N347 45，加工助劑 24，HEXA-80 1.56，硫黃/促進劑 3.05。

試驗配方中以1.25份Cyrez 963Z替代1.56份HEXA-80，其余組分及用量均同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

XK-160型開煉機，廣東湛江機械廠產品；ML-3型密煉機，佰弘機械（上海）有限公司產品；F270和GK400型密煉機，益陽雙龍橡塑機械有限公司產品；QLBD型平板硫化機，湖州東方橡膠機械廠產品；MV2000型橡膠門尼粘度儀，北京友深電子儀器有限公司產品；LX-A型硬度計，上海六菱儀器廠產品；H10KS型電子拉力試驗機，美國Hounsfield公司產品；TY-4088型彈性試驗機，江蘇天源試驗設備有限公司產品；GT-RH2000型壓縮生熱試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；Diammd DNNA型動態力學分析（DMA）儀，美國PE公司產品；橡膠動態耐切割試驗機和RZN-Ⅱ型橡膠自粘性測定儀，北京萬匯一方科技發展有限公司產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉在ML-3型密煉機中進行，轉子轉速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠→壓壓砣→提壓砣→白炭黑、炭黑、加工助劑和Cyrez 963Z（試驗配方）→壓壓砣→120℃提壓砣→壓壓砣→150 ℃排膠；二段混煉在開煉機上進行，加入硫黃、促進劑和HEXA-80（生產配方），薄通6次，下片備用。

1.4.2 大配合試驗

膠料采用3段混煉工藝。一段混煉在GK400型密煉機中進行，轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料（含Cyrez 963Z，試驗配方）和炭黑→壓壓砣→120 ℃提壓砣→壓壓砣→145 ℃提壓砣→155 ℃排膠；二段混煉在GK400型密煉機中進行，轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→壓壓砣→125 ℃提壓砣→150 ℃排膠；三段混煉在F270型密煉機中進行，轉子轉速為23 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠、硫黃、促進劑和HEXA-80（生產配方）→壓壓砣50 s→提壓砣→100℃排膠。

1.5 性能測試

（1）拉伸性能。采用電子拉力試驗機按照GB/T 528—2009進行測試，拉伸速率為500 mm·min-1。

（2）壓縮疲勞性能。采用壓縮生熱試驗機進行測試，圓柱體試樣的直徑為18 mm、高度為25 mm，測試條件為：溫度 55 ℃，負荷 25 kg，頻率30 Hz。

（3）抗切割性能。采用橡膠動態耐切割試驗機進行測試，測試條件為：轉速 725 r·min-1，打擊速率 60次·min-1，試驗時間 20 min。

（4）動態力學性能。采用DMA儀進行測試，試樣尺寸為10 mm×4 mm×2 mm，測試條件為：頻率 10 Hz，溫度范圍 0～80 ℃，升溫速率2 ℃·min-1，最大動態負荷 2 N，最大振幅 120 μm，雙懸臂梁形變模式。

（5）自粘性。采用橡膠自粘性測定儀進行測試，采用標準試樣接觸壓合測定自粘力，測試條件為：壓合速度 20 cm·min-1，剝離速度 20 cm·min-1，壓合時間 1 s。

（6）膠料其他性能均按照相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 小配合試驗

小配合試驗結果見表1，tanδ為損耗因子。

表1 小配合試驗結果

從表1可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度減小，門尼焦燒時間縮短，硫化速度加快；硫化膠的定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度增大，拉斷永久變形減小，壓縮疲勞溫升降低，抗切割性能提高；老化后試驗配方硫化膠的硬度和拉伸強度增大，抗切割性能相當。這主要是由于Cyrez 963Z中的HMMM含量比HEXA-80中的HMMM含量高，在橡膠硫化過程中直接參與反應，提高了硫化反應效率和交聯密度。

2.2 大配合試驗

大配合試驗結果見表2。

表2 大配合試驗結果

從表2可以看出：與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度減小，門尼焦燒時間縮短，硫化速度加快；硫化膠的定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度增大，拉斷永久變形減小，壓縮疲勞溫升降低，抗切割性能老化前提高，老化后相當。

2.3 工藝性能

Cyrez 963Z和HEXA-80的主要成分都是HMMM，在硫化膠性能相近的情況下，也需要考慮生產中的工藝性能。

小配合試驗配方和生產配方膠料的自粘力分別為7.54和5.43 N，大配合試驗配方和生產配方膠料的自粘力分別為7.68和6.15 N。可以看出，試驗配方膠料的自粘性優于生產配方膠料，說明Cyrez 963Z有助于加強膠料接觸界面的滲透和擴散；擠出的試驗配方基部膠在車間停放2 d后在成型工序使用，斜裁接頭粘性與生產配方膠料基本一致，達到了生產工藝要求。

2.4 成品輪胎性能

采用試驗配方膠料生產16.00R25工程機械輪胎，并與生產輪胎在同一機床上進行耐久性能試驗。試驗條件為：標準充氣壓力 700 kPa，額定負荷 5 800 kg，試驗速度 25 km·h-1，分別在65%，85%，100%，110%，120%，130%的負荷率下運行7，16，24，5，5和5 h，負荷率達到140%后運行至輪胎損壞為止。成品輪胎的耐久性能試驗結果見表3。

表3 成品輪胎的耐久性能試驗結果

從表3可以看出，試驗輪胎的耐久性能優于生產輪胎。

3 結論

在全鋼工程機械輪胎基部膠中以1.25份Cyrez 963Z替代1.56份HEXA-80，膠料的門尼粘度減小，硫化速度加快，硫化膠的綜合物理性能提高，壓縮生熱降低，抗切割性能和自粘性提高，成品輪胎的耐久性能提高。