粘合树脂Cyrez 963Z在全钢工程机械轮胎基部胶中的应用

2023-08-30杨尚毅彭俊彪

橡胶科技 2023年8期

杨尚毅，凌峰，楼昊，彭俊彪

（1.中策橡胶集团股份有限公司，浙江杭州 310018；2.杭州朝阳橡胶有限公司，浙江杭州 310018）

近年来国内全钢工程机械轮胎发展迅速，市场需求大大增加，同时也对其使用寿命提出了更高的要求[1]。粘合树脂Cyrez 963Z（简称Cyrez 963Z）的主要成分六甲氧基甲基三聚氰胺（HMMM）的质量分数为99%，在轮胎胶料中通常是以亚甲基给予体的形式加入，与亚甲基受体在达到硫化温度（150 ℃）时生成酚醛树脂，可与白炭黑起到一定的协同作用[2-6]，提高橡胶与钢丝之间的粘合效果。从提高胶料粘合性能[7-8]、改进混炼工艺的角度出发，可以尝试在混炼的无硫阶段加入粘合树脂，使其在胶料中分散得更均匀。由于Cyrez 963Z呈液态，因此在混炼过程中其与填料一起加入时也起到了增塑剂的作用，有助于填料与橡胶界面间的浸润，增强Cyrez 963Z与白炭黑的协同作用，提高胶料的物理性能。

本工作研究Cyrez 963Z替代粘合树脂HEXA-80（简称HEXA-80）在全钢工程机械轮胎基部胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；白炭黑，无锡恒诚硅业有限公司产品；炭黑N347，邯郸黑猫炭黑有限责任公司产品；Cyrez 963Z，杭州富阳春汇金纳米矿业有限公司产品；HEXA-80，莱茵化学（青岛）有限公司产品。

1.2 配方

生产配方（用量/份）：NR 100，白炭黑/炭黑N347 45，加工助剂 24，HEXA-80 1.56，硫黄/促进剂 3.05。

试验配方中以1.25份Cyrez 963Z替代1.56份HEXA-80，其余组分及用量均同生产配方。

1.3 主要设备和仪器

XK-160型开炼机，广东湛江机械厂产品；ML-3型密炼机，佰弘机械（上海）有限公司产品；F270和GK400型密炼机，益阳双龙橡塑机械有限公司产品；QLBD型平板硫化机，湖州东方橡胶机械厂产品；MV2000型橡胶门尼粘度仪，北京友深电子仪器有限公司产品；LX-A型硬度计，上海六菱仪器厂产品；H10KS型电子拉力试验机，美国Hounsfield公司产品；TY-4088型弹性试验机，江苏天源试验设备有限公司产品；GT-RH2000型压缩生热试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；Diammd DNNA型动态力学分析（DMA）仪，美国PE公司产品；橡胶动态耐切割试验机和RZN-Ⅱ型橡胶自粘性测定仪，北京万汇一方科技发展有限公司产品。

1.4 混炼工艺

1.4.1 小配合试验

胶料采用两段混炼工艺。一段混炼在ML-3型密炼机中进行，转子转速为80 r·min-1，混炼工艺为：生胶→压压砣→提压砣→白炭黑、炭黑、加工助剂和Cyrez 963Z（试验配方）→压压砣→120℃提压砣→压压砣→150 ℃排胶；二段混炼在开炼机上进行，加入硫黄、促进剂和HEXA-80（生产配方），薄通6次，下片备用。

1.4.2 大配合试验

胶料采用3段混炼工艺。一段混炼在GK400型密炼机中进行，转子转速为50 r·min-1，混炼工艺为：生胶、小料（含Cyrez 963Z，试验配方）和炭黑→压压砣→120 ℃提压砣→压压砣→145 ℃提压砣→155 ℃排胶；二段混炼在GK400型密炼机中进行，转子转速为50 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→压压砣→125 ℃提压砣→150 ℃排胶；三段混炼在F270型密炼机中进行，转子转速为23 r·min-1，混炼工艺为：二段混炼胶、硫黄、促进剂和HEXA-80（生产配方）→压压砣50 s→提压砣→100℃排胶。

1.5 性能测试

（1）拉伸性能。采用电子拉力试验机按照GB/T 528—2009进行测试，拉伸速率为500 mm·min-1。

（2）压缩疲劳性能。采用压缩生热试验机进行测试，圆柱体试样的直径为18 mm、高度为25 mm，测试条件为：温度 55 ℃，负荷 25 kg，频率30 Hz。

（3）抗切割性能。采用橡胶动态耐切割试验机进行测试，测试条件为：转速 725 r·min-1，打击速率 60次·min-1，试验时间 20 min。

（4）动态力学性能。采用DMA仪进行测试，试样尺寸为10 mm×4 mm×2 mm，测试条件为：频率 10 Hz，温度范围 0～80 ℃，升温速率2 ℃·min-1，最大动态负荷 2 N，最大振幅 120 μm，双悬臂梁形变模式。

（5）自粘性。采用橡胶自粘性测定仪进行测试，采用标准试样接触压合测定自粘力，测试条件为：压合速度 20 cm·min-1，剥离速度 20 cm·min-1，压合时间 1 s。

（6）胶料其他性能均按照相应的国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 小配合试验

小配合试验结果见表1，tanδ为损耗因子。

表1 小配合试验结果

从表1可以看出：与生产配方胶料相比，试验配方胶料的门尼粘度减小，门尼焦烧时间缩短，硫化速度加快；硫化胶的定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度增大，拉断永久变形减小，压缩疲劳温升降低，抗切割性能提高；老化后试验配方硫化胶的硬度和拉伸强度增大，抗切割性能相当。这主要是由于Cyrez 963Z中的HMMM含量比HEXA-80中的HMMM含量高，在橡胶硫化过程中直接参与反应，提高了硫化反应效率和交联密度。

2.2 大配合试验

大配合试验结果见表2。

表2 大配合试验结果

从表2可以看出：与生产配方胶料相比，试验配方胶料的门尼粘度减小，门尼焦烧时间缩短，硫化速度加快；硫化胶的定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度增大，拉断永久变形减小，压缩疲劳温升降低，抗切割性能老化前提高，老化后相当。

2.3 工艺性能

Cyrez 963Z和HEXA-80的主要成分都是HMMM，在硫化胶性能相近的情况下，也需要考虑生产中的工艺性能。

小配合试验配方和生产配方胶料的自粘力分别为7.54和5.43 N，大配合试验配方和生产配方胶料的自粘力分别为7.68和6.15 N。可以看出，试验配方胶料的自粘性优于生产配方胶料，说明Cyrez 963Z有助于加强胶料接触界面的渗透和扩散；挤出的试验配方基部胶在车间停放2 d后在成型工序使用，斜裁接头粘性与生产配方胶料基本一致，达到了生产工艺要求。

2.4 成品轮胎性能

采用试验配方胶料生产16.00R25工程机械轮胎，并与生产轮胎在同一机床上进行耐久性能试验。试验条件为：标准充气压力 700 kPa，额定负荷 5 800 kg，试验速度 25 km·h-1，分别在65%，85%，100%，110%，120%，130%的负荷率下运行7，16，24，5，5和5 h，负荷率达到140%后运行至轮胎损坏为止。成品轮胎的耐久性能试验结果见表3。