隨著我國汽車工業(yè)和高速公路的快速發(fā)展，輪胎工業(yè)也得到了迅猛發(fā)展。但鋼絲圈掛膠在使用過程中偶爾存在露銅、散圈、覆膠工藝性能差的問題，造成大量鋼絲的報廢。
本文主要研究補強樹脂SP6701、N375炭黑在全鋼載重子午線輪胎胎圈鋼絲掛膠中代替部分N660炭黑的應(yīng)用效果。
一、實驗
1.主要原材料
NR，SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；SBR，牌號1500，中國石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司；炭黑N375，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰?；炭黑N660,曲靖眾一精細化工股份有限公司；SP6701，圣萊科特化工（上海）有限公司；HMT，遼寧海城市雙利橡膠助劑廠。
2.配方
生產(chǎn)配方：NR 20，SBR 80，炭黑N660 95，硫黃 20，防老劑4020/RD 2，促進劑M 1.8，氧化鋅 2，硬脂酸 1.5，其它28.8。
試驗配方如表1所示。
表1 試驗配方
|
組分 |
試驗配方 |
||
|
1# |
2# |
3# |
|
|
NR |
20 |
20 |
20 |
|
SBR1500 |
80 |
80 |
80 |
|
N660 |
60 |
55 |
50 |
|
N375 |
15 |
20 |
20 |
|
SP6701 |
4 |
4 |
4 |
|
HMT |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
注：其余組分用量同生產(chǎn)配方。
3.主要設(shè)備與儀器
XK-160型開煉機，廣東湛江機械廠；XM370型密煉機，大連橡塑機械股份有限公司；GK255型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司；50t平板硫化機，上海第一橡膠機械廠； UM-2050型門尼粘度儀、UR-2010型無轉(zhuǎn)子硫化儀、UD-3500型炭黑分散儀和UT-2060型電子拉力試驗機，臺灣優(yōu)肯科技股份有限公司；Y401A型熱老化試驗箱，江都市天源試驗機械有限公司。
4.試樣制備
小配合試驗?zāi)z料分兩段在開煉機上混煉，一段混煉膠料順序為：生膠→小料→炭黑→油 →下片；一段混煉膠停放4h后進行二段混煉，二段混煉加料順序為：一段混煉膠→促進劑M、HMT、硫黃→下片。
大配合試驗?zāi)z料分三段混煉工藝進行混煉。一段和二段混煉均在XM370型密煉機中進行，一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45r/min，加料順序為：生膠→小料、3/4炭黑→油 →排膠；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40r/min，加料順序為：一段混煉膠→1/4炭黑→排膠；三段混煉在GK255型密煉機中進行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30r/min，加料順序為：二段混煉膠→促進劑、HMT、硫黃→排膠。
5.性能測試
膠料和輪胎各項性能均按相應(yīng)國家標準或企業(yè)標準進行測定。
二、結(jié)果與討論
1.小配合試驗
小配合試驗結(jié)果如表2所示。
表2 小配合試驗結(jié)果
|
項 目 |
1#配方 |
2#配方 |
|||||||
|
硫化儀(150℃) |
|||||||||
|
ML/（dN·m） |
2.07 |
2.13 |
|||||||
|
MH/（dN·m） |
71.86 |
69.69 |
|||||||
|
t10/min |
2.50 |
2.58 |
|||||||
|
t90/min |
44.7 |
44.58 |
|||||||
|
門尼焦燒(127℃) |
|||||||||
|
t5/min |
6.50 |
6.72 |
|||||||
|
t35/min |
8.70 |
8.88 |
|||||||
|
炭黑分散度/級 |
7.6 |
7.4 |
|||||||
|
150℃×min |
30 |
40 |
50 |
30 |
40 |
50 |
|||
|
拉（以后都是改為“拉”）斷強度/MPa |
16.9 |
17.4 |
19.3 |
16.2 |
16.6 |
18.4 |
|||
|
拉斷伸長率/% |
206 |
188 |
192 |
190 |
173 |
180 |
|||
|
邵爾A型硬度/度 |
81 |
83 |
84 |
82 |
83 |
84 |
|||
|
密度/k(小寫的)g·m-3 |
|
1.24 |
|
|
1.24 |
|
|||
|
鋼絲抽出力/N |
|
1868 |
|
|
1766 |
|
|||
|
100℃×48h熱老化后 |
|||||||||
|
拉斷強度/ MPa |
|
15.7 |
|
|
14.9 |
|
|||
|
拉斷伸長率/% |
|
125 |
|
|
97 |
|
|||
|
邵爾A型硬度/度 |
|
90 |
|
|
91 |
|
|||
|
鋼絲抽出力/N |
|
1621 |
|
|
1443 |
|
|||
|
項 目 |
3#配方 |
生產(chǎn)配方 |
||||||||
|
硫化儀(150℃) |
||||||||||
|
ML/（dN·m） |
1.95 |
2.12 |
||||||||
|
MH/（dN·m） |
68.45 |
63.18 |
||||||||
|
t10/min |
2.56 |
2.93 |
||||||||
|
t90/min |
44.58 |
47.31 |
||||||||
|
門尼焦燒(127℃) |
||||||||||
|
t5/min |
6.60 |
6.48 |
||||||||
|
t35/min |
8.71 |
9.47 |
||||||||
|
炭黑分散度/級 |
7.4 |
7.3 |
||||||||
|
150℃×min |
30 |
40 |
50 |
30 |
40 |
50 |
||||
|
拉斷強度/MPa |
15.5 |
15.3 |
17.1 |
15.8 |
16.3 |
17.2 |
||||
|
拉斷伸長率/% |
177 |
163 |
176 |
182 |
170 |
173 |
||||
|
邵爾A型硬度/度 |
81 |
83 |
83 |
80 |
82 |
83 |
||||
|
密度/kg·m-3 |
|
1.23 |
|
|
1.25 |
|
||||
|
鋼絲抽出來/N |
|
1706 |
|
|
1642 |
|
||||
|
100℃×48h熱老化后 |
||||||||||
|
拉斷強度/MPa |
|
13.8 |
|
|
14.1 |
|
||||
|
拉斷伸長率/% |
|
88 |
|
|
103 |
|
||||
|
邵爾A型硬度/度 |
|
90 |
|
|
89 |
|
||||
|
鋼絲抽出力/N |
|
1392 |
|
|
1337 |
|
||||
從表2可以看出，與生產(chǎn)配方相比，1#、2#、3#試驗配方的膠料硫化速度、焦燒時間基本一致，炭黑分散度明顯提高，1#、2#硫化膠的拉伸強度、扯斷伸長率、鋼絲抽出力明顯提高，其中1#試驗配方的綜合性能比生產(chǎn)配方、2#、3#試驗配方好。
2.大料試驗
根據(jù)小配合試驗結(jié)果，選取1#試驗配方與生產(chǎn)配方做大配合試驗，其結(jié)果如表3所示。
表3 大配合試驗結(jié)果
|
項目 |
試驗配方 |
生產(chǎn)配方 |
||||
|
門尼粘度[ML(1+4)100℃] |
45 |
50 |
||||
|
門尼焦燒時間（127℃）/min |
||||||
|
T5（改） |
6.32 |
7.49 |
||||
|
T35（改） |
8.31 |
10.21 |
||||
|
硫化儀數(shù)據(jù)（150℃） |
||||||
|
ML/(dN·m) |
2.69 |
2.29 |
||||
|
MH/(dN·m) |
68.73 |
58.77 |
||||
|
T10（改）/min |
2.55 |
3.42 |
||||
|
T90（改）/min |
44.22 |
48.10 |
||||
|
炭黑分散等級/級 |
7.6 |
7.1 |
||||
|
硫化時間（150℃）/min |
30 |
40 |
50 |
30 |
40 |
50 |
|
密度/mg·m-3 |
1.24 |
1.25 |
||||
|
邵爾A型硬度/度 |
81 |
84 |
84 |
80 |
82 |
83 |
|
拉伸強度/MPa |
16.4 |
17.6 |
19.1 |
15.3 |
15.9 |
17.3 |
|
拉斷伸長率/% |
212 |
193 |
182 |
179 |
183 |
162 |
|
鋼絲抽出力/N |
|
1822 |
|
|
1672 |
|
|
100℃×48h老化后 |
||||||
|
邵爾A型硬度/度 |
|
90 |
|
|
90 |
|
|
拉伸強度/MPa |
|
16.2 |
|
|
14.6 |
|
|
拉斷伸長率/% |
|
118 |
|
|
97 |
|
|
鋼絲抽出力/N |
|
1598 |
|
|
1320 |
|
從表3可以看出，大配合試驗結(jié)果與小配合試驗結(jié)果基本一致。
3.混煉與擠出工藝性能
（1）試驗配方與生產(chǎn)配方混煉相關(guān)參數(shù)（母煉膠）見表4。
表4 混煉工藝參數(shù)（母煉膠）
|
項 目 |
試驗配方 |
生產(chǎn)配方 |
|
混煉能量/kWh |
14.4 |
15.2 |
|
排膠溫度/℃ |
150 |
157 |
|
混煉時間/s |
136 |
150 |
|
下片情況 |
容易下片 |
膠料偶爾易斷 |
表4的混煉工藝參數(shù)表明試驗配方的混煉能量降低，混煉時間縮短，能耗減少，排膠溫度降低，膠料更容易下片。
（2）鋼絲圈掛膠工藝性能
使用試驗配方和生產(chǎn)配方各生產(chǎn)了一批11.00R20鋼絲圈，膠料擠出工藝參數(shù)見表5。
表5 壓出工藝過程參數(shù)
|
項 目 |
試驗配方 |
生產(chǎn)配方 |
|
擠出溫度/℃ |
45～55 |
50～60 |
|
纏繞速度/rpm |
150 |
140 |
|
鋼絲圈掛膠情況 |
掛膠情況好，沒有露銅、散圈缺陷 |
掛膠情況差，偶爾存在露銅、散圈缺陷 |
表5的擠出工藝參數(shù)表明，試驗配方膠料在生產(chǎn)11.00R20鋼絲圈時，溫度降低，速度提高，能耗減少，鋼絲圈掛膠情況好，沒有露銅、散圈現(xiàn)象發(fā)生。
4.成品性能
采用1#試驗配方試制一批10.00R20 18PR全鋼載重子午線輪胎，并進行耐久試驗，結(jié)果如表6所示。
表6 成品輪胎耐久試驗結(jié)果
|
項目 |
試驗輪胎 |
生產(chǎn)輪胎 |
|
試驗速度/km·h-1 |
55 |
55 |
|
累計行駛時間/h |
119 |
116 |
|
試驗結(jié)束時輪胎狀況 |
胎肩脫層 |
胎肩脫層 |
注：按GB/T 4501-2008要求行駛47h后，每10h負荷率增大10%，至150%時不再增加，直至輪胎損壞為止。
從表6可以看出，試驗輪胎的耐久性能略好于生產(chǎn)輪胎，都超出國標要求。
三、結(jié)論
在全鋼載重子午線輪胎鋼絲圈掛膠中用SP6701和N375炭黑代替部分N660炭黑，膠料的門尼粘度降低，炭黑分散性提高，混煉工藝、擠出工藝明顯改善，大大降低了生產(chǎn)能耗和過程損耗，硫化膠扯斷強度提高，鋼絲抽出力提高，成品輪胎耐久性能提高。
