抗撕裂树脂在矿用全钢子午线轮胎胎面胶中的应用

2016-08-01霍柱辉卢南江

橡胶科技 2016年9期

霍柱辉，卢南江，齐婷，巫超

（中国化工橡胶桂林轮胎有限公司，广西桂林 541805）

为防止轮胎在使用过程中出现胎面裂口、崩花掉块等质量问题，要求胎面胶除具有良好的耐磨性能外，还要具有较低的生热及较好的抗切割性能和抗撕裂性能。为提高胎面胶抗切割性能，一般在胶料中加入白炭黑或者在主体材料中并用适量丁苯橡胶。目前市场上出现多种抗撕裂树脂，实际应用试验[1-4]表明，添加适量抗撕裂树脂可提高胎面胶的加工性能及抗撕裂性能。胶料的抗撕裂性能一般通过胶料的硬度、拉伸强度、拉断伸长率及撕裂强度来判断。在相同负荷和气压下，胶料的硬度和拉伸强度越大，尖锐物体引起的变形越小，越不易产生裂口；胶料的拉断伸长率越大，可吸收的变形能量越大，抗裂口增长性能越好[4]。但也有研究[5]表明，胶料的拉伸强度、拉断伸长率及撕裂强度（新月形试样）较高，但实际抗撕裂效果并不理想，撕裂强度（新月形试样）并不能反映胶料真实的抗撕裂性能，这主要是因为测试撕裂强度（新月形试样）时试样会发生严重变形，从低拉伸时的弯月形变为高拉伸时的条形，试样断裂前的力学行为并不表现为真正的撕裂，而是类似于拉伸。张继川等[6]对不同撕裂强度测试方法进行了研究，认为测试撕裂强度（新月形试样）割口小，拉伸变形会掩盖撕裂变形，即拉伸过程掩盖了材料真正的撕裂过程。

本工作采用新型撕裂强度和切割减量测试方法研究抗撕裂树脂SHR800，SL6903和A在矿用全钢子午线轮胎胎面胶中的应用，并与传统古马隆树脂进行对比。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SMR20，马来西亚产品；炭黑N234和白炭黑HM-2170，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；古马隆树脂，青岛振利化工有限公司产品；抗撕裂树脂SHR800，青岛山化化工有限公司产品；抗撕裂树脂SL6903，华奇（中国）化工有限公司产品；抗撕裂树脂A，市售品。

1.2 配方

NR 100，炭黑N234/白炭黑 55，氧化锌3.5，硬脂酸 2，防老剂 5，抗撕裂树脂（1#配方为抗撕裂树脂SHR800，2#配方为抗撕裂树脂SL6903，3#配方为抗撕裂树脂A，4#配方为古马隆树脂） 2.5，硫黄和促进剂 2.8，其他 6。

1.3 主要设备与仪器

BB-2型密炼机，日本神户制钢公司产品；GK400N和GK255N型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；Φ160×320型开炼机，广东省湛江机械厂产品；XLB-D 400×400型平板硫化机，浙江湖州东方机械有限公司产品；RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；MV3000型门尼粘度试验机、TCS-2000型电子拉力试验机、RH-2000型压缩生热试验机和GT-7012-A型阿克隆磨耗试验机，高铁检测仪器有限公司产品；RCC-I型橡胶动态切割试验机，北京万汇一方科技发展有限公司产品。

1.4 试样制备

小配合试验胶料混炼分两段进行。一段混炼在BB-2型密炼机中进行，混炼工艺为：，停放4 h。二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→过辊5次→硫黄和促进剂→薄通5次→过辊3次→左右割刀3次→出片（总混炼时间约为6 min）。

大配合试验胶料混炼分4段进行。一、二、三段混炼在GK400N型密炼机中进行，一段混炼密炼机转子转速为50 r·min-1，混炼工艺为：；二段混炼密炼机转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：三段混炼转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：。四段混炼在GK255N型密炼机中进行，密炼机转子转速为20 r·min-1，混炼工艺为：。

1.5 性能测试

胶料抗撕裂性能和抗切割性能分别采用自研撕裂强度和切割减量测试方法进行评价。

（1）撕裂强度测试的自制新型试样与裤形试样形状相同，长度为250 mm，测试时两端夹持部位长度均为25 mm，且硫化前夹持部位两面加贴1400dtex/1×1400dtex/1浸胶帆布，夹持部位总厚度为5～6 mm。新型试样撕裂强度由电子拉力试验机测试，计算公式如下：

式中，TR为新型撕裂强度，FR为试样撕裂破坏力，t为试样厚度。

（2）切割减量由橡胶动态切割试验机测试，试验转速为720 r·min-1，冲击频率为120次·min-1，试验时间为20 min。

（3）胶料其他性能测试按相应国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

4种树脂的理化性能如表1所示。从表1可以看出，4种树脂的理化性能均符合企业标准要求。

表1 4种树脂的理化性能

2.2 小配合试验

2.2.1 硫化特性

小配合试验胶料的硫化特性如表2所示。从表2可以看出：4种树脂胶料的门尼粘度相差不大，表明抗撕裂树脂SHR800，SL6903和A与古马隆树脂一样对橡胶具有增塑作用，提高胶料流动性；抗撕裂树脂SHR800和A胶料与古马隆树脂胶料的硫化仪数据差异不大，而抗撕裂树脂SL6903胶料的Fmax较小，ts2和t90较长，初步判断使用抗撕裂树脂SL6903的2#配方胶料定伸应力小，拉断伸长率大，应具有较好的抗撕裂性能和抗切割性能。

表2 小配合试验胶料的硫化特性

2.2.2 物理性能

小配合试验胶料的物理性能如表3所示。从表3可以看出：抗撕裂树脂SHR800胶料和古马隆树脂胶料的硬度较大；抗撕裂树脂SHR800胶料的300%定伸应力和拉伸强度略低于其他3种胶料，但总体相差不大；抗撕裂树脂SHR800胶料的阿克隆磨耗量相对较大，但耐磨性能仍然较好；切割减量从小到大的顺序依次为抗撕裂树脂SL6903胶料、古马隆树脂胶料、抗撕裂树脂SHR800胶料、抗撕裂树脂A胶料，即抗撕裂树脂SL6903胶料的抗切割性能最佳，而抗撕裂树脂A胶料的抗切割性能最差；新型试样撕裂强度从小到大的顺序依次为古马隆树脂胶料、抗撕裂树脂A胶料、抗撕裂树脂SL6903胶料、抗撕裂树脂SHR800胶料，即抗撕裂树脂SHR800和SL6903胶料的抗撕裂性能较好。

表3 小配合试验胶料的物理性能

综合来看，抗撕裂树脂SHR800和SL6903胶料的抗撕裂性能和抗切割性能较好，可以满足使用要求。虽然古马隆树脂胶料的抗撕裂性能略低，但其价格仅为其他抗撕裂树脂价格的15%～25%，如果出于成本考虑，采用古马隆树脂代替抗撕裂树脂可提高经济效益，缺点是古马隆树脂不是环保材料，不符合欧盟REACH法规要求。

2.3 大配合试验

2.3.1 硫化特性

选择抗撕裂树脂SHR800和SL6903进行大配合试验，胶料硫化特性如表4所示。从表4可以看出，抗撕裂树脂SL6903胶料的Fmax小于抗撕裂树脂SHR800胶料，ts2和t90略长。大配合试验胶料的硫化特性与小配合试验胶料基本一致。

表4 大配合试验胶料的硫化特性

2.3.2 物理性能

大配合试验胶料的物理性能如表5所示。从表5可以看出，与抗撕裂树脂SHR800胶料相比，抗撕裂树脂SL6903胶料的硬度低，定伸应力和拉断伸长率较高，阿克隆磨耗量略小，切割减量相差不大，新型试样撕裂强度略低，这说明抗撕裂树脂SHR800胶料的抗撕裂性能较好，耐磨性能略差，大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。但总的说来，抗撕裂树脂SHR800与SL6903胶料的抗撕裂性能、抗切割性能和耐磨性能相差不大，在全钢子午线轮胎胎面胶中添加抗撕裂树脂SHR800或SL6903，胎面胶的耐磨性能可达到要求，并具有较好的抗切割性能和优良的抗撕裂性能。