改性叔丁基酚醛树脂在半钢子午线轮胎中的应用

韦芃臣

(合肥市第七中学,安徽 合肥 230031 )

1 问题的提出

轮胎是汽车底盘构成中最重要的安全件之一，对车辆的行驶安全至关重要，它们不仅承受着车载物的重量，还承担与地面摩擦带来的伤害，目前市面上的乘用车型的轮胎一般采用半钢子午线轮胎，从其结构看，半钢子午线轮胎因为有钢丝带束的作用，相比于斜交轮胎，其各个部件都有非常独立的功能，在使用中其能够承受的强度也较斜交种类的轮胎大，但因其使用的材料刚性强，导致半钢子午线轮胎半成品的成型过程中材料变形较大，这使得胎坯肩部材料容易脱开和移动，易出现胎肩脱空的现象。

从半钢子午线轮胎结构来看，肩部是轮胎结构中断面厚度最大的区域，在轮胎行驶过程中，胎肩部位与地面频繁接触并在行驶过程中发生形变，导致肩部生热大，另轮胎的胎侧比较软，在过减速带或者不平坦的路面时，减速带或者路面和车体的挤压会让胎侧承受巨大的压力，因胎肩是胎面与胎侧的过渡区域，导致胎侧及胎肩部分变形大，为轮胎的肩空缺陷也埋下了隐患，是轮胎肩空产生的诱因。

轮胎肩空不仅影响美观，严重的会导致轮胎胎面脱层甚至爆胎，极大地影响行车安全，所以在子午线轮胎肩部使用胶料粘合性非常重要，对此,我们可以尝试在轮胎的生产过程中添加某些特定的链式物质，以解决此类问题。

本文选用的轮胎橡胶为丁苯橡胶体系，含胶率为42%，使用垫胶的增粘树脂有:石油树脂(C5)，改性叔丁基酚醛树脂(TKM-M)，烷基酚树脂(TDN-341)，辛基酚醛树脂(203)，在胎坯成型时加入此种体系物质能够增强胎肩的粘合性,以达到最佳增粘效果，使胎肩在下一步成型的时候保证其一体化。

2 解决轮胎肩空缺陷的化学方法

使用化学方法弥补半钢子午胎肩空缺陷是一个可行且比较有效的方法。轮胎胎肩半成品在压出后随时间的变化出现胎肩的粘合性逐渐下降的情况，这使得轮胎在进行成型的时候胎肩粘性变差，与钢丝带束层等部件不能紧密贴合，在现实中则可能出现胎侧鼓包现象。设想在丁苯橡胶混炼初期加入不同的粘合性树脂，以达到加固橡胶成型后的高强度和抗老化程度，因粘合性树脂的粘合稳定性，在使用中即使随时间的变化，其强度和老化程度也不会发生太大的变化。

针对胎肩肩空的现象，我们选取了四种粘合性相对较好的树脂，对比这四种树脂在不同条件下(压力，老化，温度)，最适合用于加入丁苯胶体系的粘合树脂以达到增强轮胎胎肩应力和抗老化的能力。

在实验室条件下，不同的粘性树脂在丁苯橡胶体系中在经过应力、老化等条件后，粘性树脂剩余的粘性对比。此组实验测定橡胶混合物的固有性质，在胶料生产时若不加树脂，此种橡胶因时间和自身应力等条件，自身的粘合性能会下降。

2.1 实验工具

密炼机，开炼机，门尼黏度计，拉力机，软化点测定仪。

2.2 实验步骤

将石油树脂(C5)，改性叔丁基酚醛树脂(TKM-M)，烷基酚树脂(TDN-341)，辛基酚醛树脂(203)，空白对照(丁苯橡胶体系不加增粘树脂)分别加入丁苯橡胶密炼体系，以密炼机混炼5个小时，并给每组产品标号，待时间满后将五组产品拿出，将五组对象分别用拉力机测试其拉到断裂拉力强度并记录数据。

取四组树脂密炼体系，密炼后放置1天测定其黏度，将五组对象在室温下分别放置2天和3天后再次测定其黏度。另取五组混炼后的实验对象，静置1小时后用软化点测定仪加热，分别测定五组对象的软化点。

2.3 数据分析

根据以上使用的实验仪器和实验步骤，绘制出以下三幅相关图表。

2.3.1 拉伸强度图

定义不加任何树脂的丁苯橡胶体系直至拉断时的压力为50个大气压(5.0MPa)，而加了不同树脂的丁苯橡胶体系拉断的压力值分别如图，从图1中可以看出，拉断混合体系的所使用的最大压力，TDN-341树脂-橡胶体系的压力最大，其次为TKM-M树脂-橡胶体系，两体系的拉伸压力差别不是很大，之后分别为C5树脂-橡胶体系、203树脂-橡胶体系。

图1 拉伸强度图

2．3．2 黏度值

树脂-橡胶混合物在成型后，其黏度值会在时间的推动下慢慢变化，四种混合物的黏度随时间的变化都呈现降低的现象，但对比四种混合物的黏度变化，TKM-M树脂-橡胶随时间的变化前后的黏度值均高于其他几种混合物，而高黏度的混合物有益于阻止胎肩肩空现象的形成，见图2。

图2 黏度值图

2.3.3 软化点

四种混合物的软化点见图3，其中TDN-341树脂-橡胶体系的软化点最高，接下来依次是TKM-M树脂-橡胶体系、203树脂-橡胶体系、C5树脂-橡胶体系。

图3 四种树脂-橡胶体系的软化点

此三种性能为树脂-橡胶体系的固有特性，而黏度的大小对于轮胎胎肩肩空有非常直接的影响。

3 树脂应用的其它影响分析

3.1 经济性

生产商会考虑成本、质量对产品市场的影响，使用更高效率的生产线能够大幅提升材料的使用率，同时也可节省一部分材料成本。改性的叔丁基酚醛树脂在价格方面较C5树脂要稍贵，对比TDN-341牌号烷基酚树脂与203辛基酚醛树脂，其价格方面要便宜一些。在经济成本上，C5树脂有绝对的使用优势，可以降低成本，增强产品竞争力。但是在自粘性方面，相比于TKM-M牌号的增粘树脂， C5-橡胶体系的自粘性要差很多；而且在软化点方面，C5树脂也会较TKM-M低，也代表在轮胎的高温适应性会有所降低。虽然在经济方面节省了成本，但是在一些固有性质上失去优势。

3.2 兼容性

半钢子午线轮胎的制作工艺分为混炼，压出压延，裁断，成型，硫化，检查。此段工艺可以看出，树脂在一开始的混炼阶段就要加入，同时加入的还有促进剂、活性剂、抗老化剂等活性剂，这些统称为橡胶的配合体系。配合体系旨在补强橡胶的某些天然的不足，如硫化体系、补强填充、防护体系、软化增塑等方面性能。加入混合体的树脂要求不能与这些体系之间相互作用产生不良反应或削弱各个体系的增强作用，但是可以增强橡胶的自粘性，提高橡胶体系在成型胎肩部位的应力，避免胎侧出现由车体自身压力或外力作用出现的垮塌或鼓包。故树脂需要经过一些特别的处理，以求达到最佳兼容性，树脂的作用为：

(1)和其它补强体系互无不良反应；

(2)能够增强丁苯橡胶主体的自粘性。

4 结论

就经济性来说，使用最便宜的C5树脂可以节约成本，但会造成轮胎成品达不到很高的增粘效果，换句话说，价格相对低廉的树脂避免不了轮胎胎肩的肩空现象(对丁苯橡胶体系的轮胎)，使用价格相对高一点的TKM-M树脂却能够避免肩空的现象(其树脂增粘性为四种当中最大)，虽然成本有所增加，但是分摊到每个产品售价上，增加的不是很多，可见选择TKM-M较优。

无论选择哪一种树脂，其中都需要加入额外的助剂来使其稳定的发挥增粘作用，TKM-M树脂体系与橡胶体系的混炼在结构上能做到增强橡胶自粘性的目的，同时也可以和系统中奇特成分保持互不作用。从自身的拉伸压力、自粘性、软化点，经济性，兼容性来看，对于半钢子午胎的丁苯橡胶体系来说，TKM-M树脂是最好的选择。

指导教师：杨磊

[1] 谢慧生，杨艳平，刘豫皖，等.增粘树脂TKM-M在全钢载重子午线轮胎侧胶中的应用[J].轮胎工业，2008,28 (5) :278-281.

[2] 杨 煜，刘 立，钟 萍.改性增粘树脂TKM系列在子午线轮胎中的应用[J].轮胎工业，2000 (4) :210-212 .

[3] 万利平.半钢子午线轮胎二段成型机成型结构的设计与分析[D].武汉：武汉理工大学硕士学位论文，2007,28-29.

[4] 黄舸舸.半钢子午线轮胎生产中几个质量问题及解决措施[J].轮胎工业，1999,19(3):170-172.