矿山专用全钢载重子午线轮胎胎面胶配方的开发

许建欣

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

进入21世纪，随着我国基础建设的快速发展，交通运输行业发生了巨大变化，载重车辆除了主要的大载荷、高速度、长距离运输外，短途、混合路面的运输方式增长较快。传统单一的公路轮胎已不能适应这种复杂路面和负荷特点的要求，往往出现局部性能过剩或者不足情况。形式相对单一、花纹通用性较大、专用性体现不明确的轮胎很难适应目前运输车辆对复杂路面特别是在矿山和非等级公路上的使用要求[1-5]。

为满足运输业的发展需求，我公司通过市场调研，在轮胎产品设计上进行细分细化。为进一步提高矿山专用全钢载重子午线轮胎的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉块性能，对其胎面胶配方进行了研发并进行了成品试制[6-11]。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；丁苯橡胶（SBR），牌号1502，中国石油化工股份有限公司齐鲁分公司产品；炭黑N115，山东华东橡胶材料有限公司产品；白炭黑，山东联科新材料有限公司产品；莱茵塑分®GE3082，莱茵化学（青岛）有限公司产品；硫黄，无锡嘉鸿橡胶助剂有限公司产品；促进剂CBS，荣成市化工总厂有限公司产品。

1.2 试验配方

试验配方见表1。

表1 试验配方 份

1.3 试验设备和仪器

GK400N型密炼机，德国克虏伯公司产品；GK270N型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；XK-160型开炼机和XLB-400-2000型平板硫化机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司产品；MDR2000E型硫化仪、MV2000型门尼粘度仪和Tensometer2000型电子拉力机，美国阿尔法科技有限公司产品；401B型老化箱，江都试验机械厂产品；四辊钢丝压延机，意大利RODOLFO公司产品；钢丝帘布90°裁断机，德国FISCHER公司产品；LCZ-2024型全钢载重子午线轮胎成型机，软控股份有限公司产品。

1.4 混炼工艺

大配合试验胶料分两段混炼，一段混炼在GK400N型密炼机中进行，转子转速为55 r·min-1，排胶温度为155～165 ℃，加料顺序为：NR、SBR、氧化锌、防老剂、炭黑、白炭黑、芳烃油等→排胶；二段混炼在GK270N型密炼机中进行，转子转速为20 r·min-1，加料顺序为：一段混炼胶、硫黄和促进剂→排胶（95～105 ℃）。

1.5 性能测试

各项性能均按照相关国家标准或行业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

各配方胶料的硫化特性见表2。由表2可见：各配方胶料的门尼焦烧时间均偏长；除4#配方胶料的Fmax偏大外，其他配方胶料的Fmax和FL均在标准范围内；除1#配方胶料的t90在标准范围内，其他配方胶料的t10和t90均偏长。

表2 胶料的硫化特性

2．2 物理性能

各配方胶料的物理性能见表3。由表3可见：与3#配方胶料相比，多加7份炭黑N115的4#配方胶料老化前后的密度、邵尔A型硬度、300%定伸应力、撕裂强度和耐磨性能明显提高，拉伸强度、拉断伸长率和回弹值减小；其他组分相同时，随着SBR用量的增大，胶料的硬度和撕裂强度有上升的趋势，拉伸强度和回弹值有下降的趋势。

表3 胶料的物理性能

2.3 装车试验

将试验轮胎发往内蒙古包头进行装车试验，车型：3轴10轮自卸车，车载荷（包括自身质量）为65～75 t，充气压力为1 450 kPa；作业：转运铁矿石，每日作业近24 h；作业路面：硬基石块路面和柏油路面；最高速度：矿区为30 km·h-1，柏油路为45～50 km·h-1。装车试验结果见表4。由表4得出以下初步结论。

表4 装车试验结果

（1）1#配方胎面胶的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉块综合性能最好，其次为3#配方胎面胶，4#配方胎面胶最差，运行10 d左右就出现了明显的掉块现象。

（2）其他组分相同时，SBR用量增大可提高胎面胶的耐磨性能。

（3）硬度相对较小的胎面胶的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉块综合性能较好。

2.4 里程试验

根据室内和装车试验结果，3#配方胎面胶综合性能较好。为验证矿山专用全钢载重子午线轮胎新产品的实际使用效果，将第1批采用3#配方胎面胶的11.00R20和12.00R20试验轮胎投放到陕西地区进行4个月的实际里程试验，并与普通轮胎进行对比。试验轮胎使用里程超过40 000 km。

2.4.1 试验安排

试验协作单位为陕西恒悦公司。试验地点及条件如下：11.00R20轮胎投放于陕西富平县的双桥载重车，运输货物为碎石等，行驶路面为河道碎石路与柏油路面为主，载质量为40 t以上，使用条件相对恶劣且载荷大；12.00R20轮胎投放于陕西山阳地区的单桥载重车，运输货物为沙石等建筑材料，行驶道路以山路为主，载质量为30 t左右，载荷大。

2.4.2 试验结果

（1）返回量的统计分析。11.00R20轮胎共投放100条，损坏6条，其中胎圈损坏4条、冠部损坏2条，损坏时间均在使用接近3个月、行驶里程接近40 000 km时，损坏率为6%；12.00R20轮胎投放100条，损坏5条，其中胎圈损坏3条、胎肩损坏1条、胎冠损坏1条，损坏时间均在使用接近4个月、行驶里程接近50 000 km时，损坏率为5%。从轮胎试验地区和损坏的特征、数量等情况来看，长时间行驶和大载荷以及恶劣路况是造成轮胎损坏的关键因素。

（2）试验效果评价。据试验地区轮胎经销商反映，陕西地区11.00R20普通轮胎在该地区的退赔率达到7%以上，12.00R20普通轮胎的退赔率达到6%以上，试验轮胎的综合损坏率相比降低1%以上。此外用户评价试验轮胎的抗刺扎性能和驱动性能与普通轮胎相比有明显提高，平均单耗可以提高10%以上，综合里程延长10%左右，使用寿命延长，使用效果满意。

3 结论

进行了矿山专用全钢载重子午线轮胎胎面胶配方的开发。结果表明，NR/SBR并用比为80/20的3#配方胎面胶的抗刺扎、抗切割和抗崩花掉块综合性能较好，试验轮胎的实际里程试验损坏率比普通轮胎下降1%以上，综合里程延长约10%。