基于DOE试验设计改善全钢载重子午线轮胎胎体钢丝粘合胶性能

2022-07-20李志涛林国阵

轮胎工业 2022年1期

李志涛，林国阵，陈伟

（厦门力达威化工科技有限公司，福建厦门 361021）

钢丝帘线/硫化胶复合材料的性能是由橡胶基体、粘合界面及钢丝增强相共同决定的[1-2]，因此复合材料的疲劳寿命取决于三者最薄弱的环节[3]。复合材料的破坏发生在橡胶相归因于橡胶基体的物理性能和耐疲劳性能差；破坏发生在界面层则是由于粘合界面的强度低，粘合稳定性不足[4-6]。二者最终都将导致钢丝帘线/硫化胶复合材料失效，直接影响制品的应用价值和使用安全性[7-8]。因此综合研究粘合橡胶基体物理性能和粘合界面粘合强度，对抑制故障会产生更有效的作用。然而，同时研究橡胶物理性能和粘合强度性能，将涉及到多变量及其相互影响，试验设计（DOE）可以以较少的试验次数，快速实现多变量的综合选优，并可模拟优选方案的性能数据。

本工作借助Minitab软件、采用DOE中的田口设计，分析各变量的相互作用，选用钴盐粘合体系配方，提升胎体胶的物理性能及其与钢丝帘线界面的粘合强度。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；炭黑N326，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；癸酸钴，美国SHEPHERD公司产品；不溶性硫黄HDOT20，无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司产品。

1.2 试验配方及DOE试验设计

使用全钢载重子午线轮胎胎体胶配方进行试验，确定DOE试验为4因子3水平，因子A—D分别为氧化锌、癸酸钴、不溶性硫黄和防老剂RD用量，见表1，DOE试验L934正交设计表见表2。

表1 DOE分析设计因子和水平份

表2 DOE试验正交设计表

1.3 主要设备和仪器

XSK-150型开炼机，庄河橡胶机械有限公司产品；KD-1-5型1.61L密炼机，利拿机械工业股份有限公司产品；MV2000型门尼粘度计、MDR2000型硫化仪和RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；XLB-Q型平板硫化机，浙江湖州东方机械有限公司产品；AI-2000M型拉力试验机，高铁检测仪器有限公司产品；压缩生热试验仪，德国DOLI公司产品；401A型热空气老化箱，江都市新真威试验机械有限责任公司产品。

1.4 混炼工艺

胶料采用两段混炼工艺，一段混炼在密炼机中进行，混炼工艺为：生胶→加压1 min→炭黑→加压1 min→小料→加压1 min→提压砣，加压（1.5 min）→排胶；二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段母炼胶→薄通2次→硫黄和促进剂→薄通2次→捣胶2次→下片。

1.5 性能测试

胶料的各项性能均按照相应的国家标准或企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 小配合试验

小配合试验结果如表3所示，其中粘合力测试采用T抽出法。

表3 小配合试验结果

2.2 最值归一化

选择胶料的拉伸强度、拉断伸长率、粘合力和压缩疲劳温升为影响橡胶与钢丝帘线界面破坏的4个关键指标。对关键指标数据进行最值归一化处理，结果如表4所示。

表4 最值归一化结果

2.3 综合指标转化

将拉伸强度、粘合力、拉断伸长率和压缩疲劳温升分别赋予权重为2∶2∶1∶1，并将其最值归一化数据合并为胶料综合性能的质量指数（以下简称综合性能指数），从而将多指标问题转化为单指标，实现多目标问题的综合优化[9]。试验方案1—9的综合性能指数分别为11.07，10.55，10.32，11.35，10.69，10.90，11.57，10.83和9.98。