增硬补强剂在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶中的应用

樊斌斌，刘豫皖，杨艳平，周 静

（风神轮胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

增硬补强剂是一种由芳烃衍生物与无机引发剂经多段合成的大分子化合物。增硬补强剂在硫化时的热作用下，终端原子失去多个电子，形成多个活性点，以该失去电子的离子为中心，对单硫、双硫和多硫键进行螯合，经过螯合可提高硫化键的键能。随着键能的增大，胶料的硬度和定伸强度提高，耐老化性能改善，橡胶链之间的相互吸引力增大[1]。

本工作主要研究增硬补强剂在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶配方中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），牌号STR20，泰国产品；炭黑N326，焦作龙星化工有限责任公司产品；增硬补强剂，万鸿（香港）国际股份有限公司产品。

1.2 配方

配方如表1所示。

1.3 主要设备和仪器

XK-160型开炼机，广东湛江机械厂产品；BR1.6 L型密炼机，英国法雷尔公司产品；GK400型密炼机，德国克虏伯公司产品；GK255型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；140T型平板硫化机，上海橡胶机械一厂产品；MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技公司产品；tensiTECH型电子拉力机，美国德宝公司产品；橡胶压缩生热试验机，北京澳玛琦科技发展有限公司产品。

表1 配方 份

1.4 试样制备

1.4.1 小配合试验

胶料采用两段混炼工艺，一段混炼在BR1.6 L型密炼机中进行，混炼工艺为：生胶，加压（1 min）→提压砣→炭黑和小料，加压（3 min）→提压砣，加压（2 min）→排胶；二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶加硫黄、促进剂和增硬补强剂，捣胶、下片。

1.4.2 大配合试验

胶料采用两段混炼工艺，一段混炼在GK400型密炼机中进行，二段混炼在GK255型密炼机中进行。一段混炼转子转速为40 r·min-1，压砣压力为18 MPa，混炼工艺为：生胶→提压砣→炭黑、氧化锌和防老剂等→提压砣→提压砣→排胶（155～165 ℃）；二段混炼转子转速为25 r·min-1，压砣压力为18 MPa，混炼工艺为：一段混炼胶、硫黄、促进剂和增硬补强剂→提压砣→提压砣→排胶（100～110 ℃）。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与分析

2.1 理化分析

增硬补强剂的理化分析结果如表2所示。从表2可以看出，增硬补强剂的理化分析结果符合技术指标要求。

表2 增硬补强剂的理化分析结果

2.2 小配合试验

2.2.1 硫化特性

小配合试验胶料的硫化特性结果见表3。

表3 小配合试验胶料的硫化特性（151 °C×60 min）

从表3可以看出，使用增硬补强剂后，2#和3#配方胶料的t90延长，胶料抗硫化返原性能明显提高，2#配方胶料的Fmax明显较1#配方胶料高，3#配方胶料虽减小炭黑用量，但其Fmax与1#配方胶料差异不大，这与增硬补强剂在硫化过程中参与交联反应有关。

2.2.2 物理性能

小配合试验胶料的物理性能见表4。

从表4可以看出：与1#配方胶料相比，添加增硬补强剂，均可使2#和3#配方胶料的回弹值提高，固特里奇生热降低；2#配方的硬度和定伸强度较高，老化前拉伸强度和拉断伸长率略低，这与其使用增硬补强剂后交联密度较高有关[2]；3#配方胶料减小炭黑用量后，生热进一步降低但其他性能与1#配方胶料差异不大；2#和3#配方胶料耐老化性能均优于1#配方胶料，尤其是3#配方胶料。

表4 小配合试验胶料的物理性能

2.3 大配合试验

在小配合试验基础上，选择3#试验配方作为胎肩垫胶进行大配合试验验证，并与1#生产配方进行胶料性能和成品轮胎性能对比试验。

2.3.1 硫化特性

胎肩垫胶配方胶料的硫化特性见表5。

从表5可以看出，与生产配方相比，试验配方的抗硫化返原性能明显改善，其他硫化特性变化不大。

表5 胎肩垫胶胶料的硫化特性（151 °C×60 min）

2.3.2 物理性能

胎肩垫胶配方胶料的物理性能见表6。

从表6可以看出，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的回弹值较高，固特里奇生热与60 ℃损耗因子均较低，试验配方胶料老化后、疲劳后性能的保持率均较高，其他物理性能差异不大。

表6 胎肩垫胶胶料的物理性能

2.4 成品性能

使用试验配方胶料生产12R22.5 18PR轮胎，并与正常规格/花纹轮胎同时进行室内耐久性能测试，成品轮胎耐久性能测试结果见表7。

表7 成品轮胎耐久性能

从表7可以看出，使用试验配方胶料生产的轮胎耐久性能较正常生产产品提高约12%。

3 结论

在全钢载重子午线轮胎胎肩垫胶配方中加入增硬补强剂，同时相应地减小炭黑用量后，胶料的耐老化性能和耐疲劳性能提高，在其他性能大致保持不变的情况下，动态压缩生热明显较低，轮胎耐久性能提高约12%。