高性能短纤维在工程机械轮胎配方中的应用

李华峰

（东营市黄海轮胎有限公司，山东 东营 257336）

随着我国橡胶工业以及科学技术的发展，一些新型助剂不断涌现，应用新材料，提高产品质量成为各轮胎企业赖以生存和发展的根本途径[1-3]。由于主要成分为聚酸酯类短纤维的高性能短纤维在橡胶加工中具有优良的润滑性能，可以改善胶料各组分的亲和性能，同时提高填料的分散性能，使胶料的炭黑分散性提高，因此采用高性能短纤维胶料的轮胎生热降低，使用寿命延长。

本工作研究高性能短纤维在工程机械轮胎胎面胶和基部胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SMR20，马来西亚产品；丁苯橡胶（SBR，牌号1500）和顺丁橡胶（BR，牌号9000），齐鲁石化有限公司产品；炭黑N234，N660和N330，太原三强炭黑有限公司产品；高性能短纤维，山东格利特新材料有限公司产品。

1.2 配方

1.2.1 胎面胶

1#配方（生产配方）：NR 70，SBR 30，炭黑N234 52，氧化锌 5，硬脂酸 3，防老剂4010NA 1.5，防老剂RD 1.5，防护蜡 1.5，芳烃油5，硫黄 1.8，促进剂 1.3。

2#，3#和4#配方（试验配方）：高性能短纤维用量分别为5，5.5和6份，其他同1#配方。

1.2.2 基部胶

5#配方（生产配方）：NR 80，BR 20，炭黑N330 28，炭黑N660 20，氧化锌 5，硬脂酸2.5，防老剂4010NA 1.5，防老剂RD 1.5，防护蜡 1，芳烃油 6，C5树脂 1.5，硫黄 2，促进剂1.8。

6#，7#和8#配方（试验配方）：高性能短纤维用量分别为5，5.5和6份，其他同5#配方。

1.3 主要设备和仪器

F270型和GK255型密炼机，大连华韩密炼机公司产品；XK-160型开炼机和XLB-400×400型平板硫化机，青岛一鸣机械有限公司产品；MV2000型门尼粘度仪和MDR2000型无转子硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；TH-8203S型电子式拉力机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；ALPHA炭黑分散度测定仪，青岛富杰科技有限公司产品；GABOMETER系列橡胶压缩生热试验机，德国GABO公司产品。

1.4 试样制备

小配合试验胶料分两段混炼，均在XK-160型开炼机上进行。一段混炼加料顺序为：生胶→氧化锌、硬脂酸、防老剂、高性能短纤维等小料→炭黑→芳烃油→薄通下片，胶料停放4 h后进行二段混炼；二段混炼加料顺序为：一段混炼胶→硫黄、促进剂→薄通下片。

大配合试验采用两段混炼工艺，一段混炼在F270型密炼机中进行生产，加料顺序为：生胶→氧化锌、硬脂酸、防老剂、高性能短纤维等小料→炭黑→芳烃油→排胶、下片，胶料停放4 h后进行二段混炼。二段混炼在GK255型密炼机中生产，加料顺序为：一段混炼胶→硫黄、促进剂→排胶、下片。

1.5 性能测试

胶料性能和成品轮胎性能按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

高性能短纤维理化分析结果见表1。

表1 高性能短纤维理化分析结果

从表1可以看出，高性能短纤维的理化性能符合企业标准要求。

2.2 小配合试验

2.2.1 胎面胶

胎面胶小配合试验结果见表2。

从表2可以看出，随着高性能短纤维用量的增大，胶料的门尼粘度明显降低，硫化特性和拉伸性能变化不大，抗撕裂性能、耐磨性能和弹性略有提高，生热明显降低，老化后拉伸强度下降率和拉断伸长率下降率略有减小。

表2 胎面胶小配合试验结果

2.2.2 基部胶

基部胶小配合试验结果见表3。

从表3可以看出，随着高性能短纤维用量的增大，胶料的门尼粘度降低，硫化特性和拉伸性能变化不大，抗撕裂性能和弹性略有提高，生热明显降低，老化后拉伸强度下降率和拉断伸长率下降率略有减小。

表3 基部胶小配合试验结果

2.2.3 炭黑分散性试验

为验证高性能短纤维是否具有促进胶料分散、改善工艺性能的作用，进行了炭黑分散性试验。结果表明：1#—8#配方胶料炭黑分散等级分别为4，4，5，6，4，4，5和6。可见，随着高性能短纤维用量的增大，胶料炭黑分散等级逐渐提高，高性能短纤维用量为6份时胶料的炭黑分散性最好。

4～6级炭黑分散性示意见图1。

图1 炭黑分散等级示意

2.3 大配合试验

为了进一步验证小配合试验结果，选用1#生产配方与4#试验配方以及5#生产配方与8#试验配方进行大配合试验。

2.3.1 胎面胶

表4示出了胎面胶大配合试验结果。

从表4可以看出，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的硫化特性和拉伸性能相差不大，门尼粘度下降10%，撕裂强度提高2.5%，磨耗量减小25%，生热降低5.9%，回弹值略增大，耐老化性能略有改善，炭黑分散度提高两级。大配合试验结果与小配合试验结果呈现出一致性。

表4 胎面胶大配合试验结果

2.3.2 基部胶

表5示出了基部胶大配合试验结果。从表5可以看出，与生产配方胶料相比，试验配方胶料硫化特性和拉伸性能相差不大，门尼粘度降低8%，撕裂强度提高5.1%，回弹值增大6.7%，生热降低9.1%，耐热老化性能改善，炭黑分散度提高两级，大配合试验结果与小配合试验结果一致。

表5 基部胶大配合试验结果

2.4 工艺性能

胎面胶和基部胶的工艺性能如下：

（1）混炼胶表面光滑，胶料的韧性好，胶料断面均匀致密，分散良好；

（2）挤出胎面胶和基部胶表面光滑，尺寸稳定，无破边现象，断面气孔致密；

（3）成型工艺正常，胎面胶与基部胶粘合性能好，胎坯挺性好。

2.5 成品试验

采用4#和8#试验配方试制17.5－25工程机械轮胎，对试验轮胎与生产轮胎进行物理性能对比试验，结果见表6。从表6可以看出，试验轮胎胎面胶的物理性能优于生产轮胎胎面胶。

表6 成品轮胎物理性能

3 结论

（1）在胎面胶和基部胶中使用6份高性能短纤维，胶料的炭黑分散性明显提高，门尼粘度降低，抗撕裂性能、耐磨性能、弹性提高，耐热老化性能改善。

（2）在胎面胶和基部胶中使用高性能短纤维后，胶料的混炼、挤出和成型工艺性能良好。

（3）胎面胶和基部胶中使用高性能短纤维后轮胎成品胎面胶物理性能良好。