多功能交联剂WY988在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶中的应用

李 键，苏普文

（广州市华南橡胶轮胎有限公司，广东 广州 511400）

国内载重运输车辆由于操作不规范，其全钢载重子午线轮胎肩空现象频发。分析认为，轮胎发生肩空主要是在高温环境下，氧以自由基形式进攻硫-硫交联键，导致胎肩垫胶胶料迅速老化降解。笔者认为解决轮胎肩空问题要从3个方面入手：一是降低轮胎生热，这要对轮胎整体胶料配方设计进行优化；二是减少进入胎肩垫胶中的氧，这就要求提高内衬层的气密性；三是改进胎肩垫胶的交联结构，硫-硫交联键是橡胶交联网络中较为脆弱的环节，容易受到自由基进攻而断链或重排，导致胶料性能迅速下降，可在胶料中加入新型硫化助剂来改变交联键类型。

多功能交联剂WY988既具有硫化促进剂的作用，又具有抗硫化返原的作用。其分子结构如图1（a）所示。从分子结构上看，多功能交联剂WY988两侧的苄基秋兰姆与促进剂TBzTD［图1（b）］较为接近，中间参与交联的部分则与抗硫化返原剂HTS［图1（c）］相似，因此加入多功能交联剂WY988相当于增大促进剂和硫黄的用量。

图1 多功能交联剂WY988与其它硫化助剂的分子结构对比

本工作主要研究多功能交联剂WY988在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），牌号SMR20，马来西亚产品；炭黑N330，河北龙星化工股份有限公司产品；多功能交联剂WY988，上海麒祥化工有限公司产品。

1.2 配方

1#配方：NR，100；炭黑N330，30；白炭黑，15；氧化锌，4；硬脂酸，1；防老剂，2.3；硫黄，1.8；促进剂，1.6；其它，7.1。

2#配方：除加入0.6份多功能交联剂WY988外，其余与1#配方相同。

1.3 主要设备与仪器

XK-160型开炼机，广东湛江机械厂产品；1 L密炼机，广州华工百川科技股份有限公司产品；M2000型门尼粘度计和RPA2000型橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；橡胶应力-应变拉伸试验机，美国英斯特朗公司产品。

1.4 试样制备

胶料混炼分2段进行。一段混炼在密炼机中进行，转子转速80 r·min-1，加料顺序为：生胶→小料→炭黑、白炭黑→排胶（140 ℃）；二段混炼在开炼机上进行，加料顺序为：一段混炼胶→硫黄、促进剂和多功能交联剂WY988→下片。

1.5 性能测试

（1）硫化返原率测试条件为160 ℃×60 min，硫化返原率按公式（1）进行计算：

式中，P为硫化返原率，ML为最小转矩，MH为最大转矩，S60为硫化终点转矩。

（2）压缩疲劳生热试验条件：冲程4.45 mm，负荷2.5 MPa，起始温度55 ℃。

（3）动态力学性能测试：用RPA2000型橡胶加工分析仪对混炼胶进行硫化，再对硫化胶进行温度扫描，测试温度50～100 ℃，频率10 Hz。

（4）成品轮胎耐久性能试验按企业标准测试，试验条件：标准负荷4000 kg，充气压力900 kPa。

（5）胶料其它性能按相关国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

胶料的硫化曲线如图2所示，硫化返原性能见表1。

图2 胶料硫化曲线（160 ℃）

表1 胶料硫化返原性能

从图2可以看出：2#配方胶料的MH明显大于1#配方胶料，这是因为加入多功能交联剂WY988使硫-硫交联键长度变小，交联密度增大；值得一提的是，随着硫化时间延长，2个配方胶料的转矩明显下降，2#配方胶料硫化曲线的平坦性优于1#配方胶料。

从表1可以看出，1#配方胶料的硫化返原率达到16.0%，2#配方胶料的硫化返原率为5.9%，这说明加入多功能交联剂WY988能够有效提高胶料的抗硫化返原性能。

2.2 物理性能

胶料的物理性能如表2所示。从表2可以看出：与1#配方胶料相比，2#配方胶料的硬度和定伸应力明显增大，但拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度减小，2#配方胶料的300%定伸应力接近16 MPa，所以在实际生产中要考虑调整硫化体系，使胎肩垫胶与轮胎其他部件胶料的定伸应力匹配；2#配方胶料老化前后的拉断永久变形明显小于1#配方胶料，弹性提高，这对永久变形要求较高的胎圈护胶和胎肩垫胶无疑十分有利。

表2 胶料物理性能

2.3 温度扫描

胶料温度扫描曲线见图3。从图3可以看出，在50～80 ℃区间内1#配方胶料与2#配方胶料的滞后损耗因子（tanδ）接近，加入多功能交联剂WY988对胶料生热性能无明显影响。

图3 胶料温度扫描曲线

2.4 压缩疲劳生热

轮胎的很多部件都被层层包裹，而橡胶又是热的不良导体，容易积热，如果长时间处于高温状态会导致胶料迅速老化，造成轮胎过早损坏。本研究胎肩垫胶的压缩疲劳生热性能见图4。从图4可以看出，与1#配方胶料相比，2#配方胶料的压缩疲劳生热略有降低，这与温度扫描试验结果一致。2#配方胶料压缩疲劳生热降幅不大，说明多功能交联剂WY988对改善胶料生热的作用不大，降低胶料生热可能还需要从其它方面着手。

图4 胶料压缩疲劳生热

2.5 成品轮胎性能

选用2#配方胶料试制12.00R20 20PR轮胎。成品轮胎耐久性能见表3。从表3可以看出，尽管试验结束时试验轮胎和生产轮胎的破坏形式相同，但试验轮胎的累计行驶时间为83.16 h，较生产轮胎有较大优势。

表3 成品轮胎耐久性能

3 结论

在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶中加入多功能交联剂WY988，胶料的抗硫化返原性能显著改善，老化前后的拉断永久变形显著减小，成品轮胎的耐久性能提高。