工程机械轮胎胎体胶混炼工艺的改进

邓 旺，吕 强

（贵州轮胎股份有限公司，贵州 贵阳 550008）

胎体胶是工程机械轮胎的主要受力部件，随着工程机械轮胎负载量提高、使用寿命延长、路况条件愈加苛刻，对胎体的性能要求越来越高。工程机械轮胎的胎体胶应满足加工性能好、自粘性好、帘线-橡胶粘合性能好等要求。传统混炼工艺制备工程机械胎体胶生产效率较低，胶料性能有待进一步改进[1]。

本工作通过改进工程机械轮胎胎体胶混炼工艺，研究混炼工艺改进对混炼效率和胶料性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SCR5，云南高深集团有限公司产品；1400dtex/2锦纶66帘线，河南神马实业股份有限公司；炭黑N330和N660，曲靖众一精细化工有限公司产品；塑解剂SJ-103，武汉径河化工有限公司产品。

1.2 主要设备和仪器

F-270型密炼机和XK-660型开炼机，大连冰山橡塑股份有限公司产品；XM-140型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；XLB-0型平板硫化机，青岛巨融机械技术有限公司产品；MFR-100A型多功能无转子硫化仪和VSMV-100B型可变速门尼粘度计，上海诺甲仪器仪表有限公司产品；RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；T2000E型电子拉力机，北京友深电子仪器有限公司产品。

1.3 配方

NR，100；炭黑N330，20；炭黑N660，15；白炭黑，5；氧化锌，5；硬脂酸，2；硫黄，1.7；促进剂，1.8；防老剂，3；塑解剂，0.3；芳烃油，5；其他，5；合计，163.8。

1.4 混炼工艺

1.4.1 改进前

混炼工艺改进前胶料混炼分3段进行。

一段和二段混炼均在F270型密炼机中进行，转子转速40 r·min-1，密炼室初始温度80 ℃。一段混炼工艺为：生胶→炭黑和白炭黑→小料→芳烃油→排胶（160 ℃）；二段混炼工艺为：一段混炼胶→排胶（160 ℃）。

三段混炼在XM-140型密炼机中进行，转子转速20 r·min-1，密炼室初始温度60 ℃。混炼工艺为：二段混炼胶→硫黄和促进剂→排胶至XK-660型开炼机上薄通下片。

该混炼工艺的主要问题是混炼效率低，每车二段混炼胶需要1车一段混炼胶，一段和二段混炼胶都占用较多的场地，转运过程较繁琐。

1.4.2 改进后

混炼工艺改进后胶料混炼分3段进行。

一段和二段混炼均在F270型密炼机中进行，转子转速40 r·min-1，密炼室初始温度80 ℃。一段混炼工艺为：生胶→炭黑N330和白炭黑→塑解剂和3份芳烃油→排胶（165 ℃）；二段混炼工艺为：一段混炼胶→炭黑N660→小料→2份芳烃油→排胶（160 ℃）。

三段混炼在XM-140型密炼机中进行，转子转速20 r·min-1，密炼室初始温度60 ℃。混炼工艺为：二段混炼胶→硫黄和促进剂→排胶至XK-660型开炼机上薄通下片。

改进工艺主要调整了一段和二段混炼的加料顺序，将炭黑分2段加入，这样可以提高一段混炼胶的密炼机填充率和混炼效率，每车二段混炼胶仅需0.84车一段混炼胶；将防老剂和塑解剂分开加入，这是由于防老剂在混炼过程中易产生自由基，会终止塑解剂与橡胶大分子之间的自由基反应，使塑解剂失效，防老剂与塑解剂分开加入，可以保护塑解剂的效能，降低一段和二段混炼胶的门尼粘度，改善胶料加工性能。

1.5 性能测试

混炼胶自粘性试验按照文献[2]进行，其它胶料性能测试按照相应国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 混炼工艺参数

混炼工艺改进前后的一段和二段混炼工艺参数见表1。

表1 混炼工艺改进前后的一段和二段混炼工艺参数

从表1可以看出，与混炼工艺改进前混炼胶相比，混炼工艺改进后的一段和二段混炼胶门尼粘度降低，二段混炼胶的混炼时间延长，混炼能耗增大。由于改进后每生产1车二段混炼胶只需0.84车一段混炼胶，二段混炼胶的生产效率提高，以生产100车2段混炼胶计，改进前生产能耗为3670 kW·h，改进后生产能耗为3556.4 kW·h，总能耗下降3.09%。

2.2 胶料物理性能

混炼工艺改进前后的胶料物理性能见表2。从表2可以看出，与混炼工艺改进前胶料相比，混炼工艺改进后胶料的门尼粘度降低，硫化特性变化不大，硬度、定伸应力、拉伸强度和撕裂强度相当，H抽出力明显增大，这是因为胶料门尼粘度降低，流动性增大，更容易浸润帘线表面，因此帘线和胶料的粘合强度提高。

表2 混炼工艺改进前后的胶料物理性能

2.3 混炼胶自粘性

混炼工艺改进前后的混炼胶自粘性见表3，试样测试后的剥离面外观见图1。

图1 试样测试后的剥离面外观

表3 混炼工艺改进前后的混炼胶自粘性

从表3和图1可以看出：与混炼工艺改进前混炼胶相比，混炼工艺改进后混炼胶的剥离力和剥离能明显增大；混炼工艺改进前试样剥离面为粘合界面，剥离面非常光滑，而混炼工艺改进后试样的粘合面融合在一起，剥离面凹凸不平，说明混炼胶的自粘性显著提高。

2.4 混炼胶加工性能分析

用RPA2000橡胶加工分析仪对混炼胶进行频率扫描[3-4]，得到频率-损耗因子（tanδ）关系曲线，见图2。从图2可以看出，与混炼工艺改进前混炼胶相比，混炼工艺改进后混炼胶的tanδ较大，即粘弹比［粘性模量（G″）/弹性模量（G′）］较大，说明在剪切过程中，混炼工艺改进后混炼胶的G′下降更快，胶料更容易流动，有利于压延。

图2 混炼胶扫描频率-tanδ的关系曲线

用RPA2000橡胶加工分析仪对混炼胶进行时间扫描，得到时间-转矩下降率的关系曲线，见图3。从图3可以看出，随着扫描时间延长，与混炼工艺改进前混炼胶相比，混炼工艺改进后混炼胶转矩下降率较大，说明混炼胶松弛速度较快，这样可以使压延半成品在后续停放过程中不易发生收缩变形，即压延半成品的尺寸稳定性好。

图3 混炼胶扫描时间-转矩下降率的关系曲线

3 结论

（1）改进胎体胶的混炼工艺，调整一段和二段混炼的加料顺序：炭黑分2段加入，提高一段混炼的生产效率；防老剂和塑解剂分开加入，保护塑解剂的效能，降低胶料的门尼粘度，改善加工性能。

（2）与混炼工艺改进前胶料相比，混炼工艺改进后胶料的门尼粘度降低，硫化特性变化不大，H抽出力明显增大，自粘性显著提高。

（3）与混炼工艺改进前胶料相比，混炼工艺改进后胶料的流动性好，有利于压延，压延半成品的尺寸稳定性好。