粘合树脂KOTA在全钢载重子午线轮胎带束层胶中的应用

李再琴，姬贝贝，裴 昆，王 云

（1.黄果树轮胎有限公司，广西 南宁 530000；2.八亿橡胶有限责任公司，山东 枣庄 277800）

目前轮胎行业镀铜钢丝与橡胶的粘合体系主要有两大类，一类是间苯二酚-甲醛-白炭黑体系；另一类是以钴盐为基础的粘合增进剂，其配方中硫黄用量较大[1-3]。间苯二酚-甲醛-白炭黑体系中间苯二酚在炼胶过程中受热会产生大量烟雾，对环境和工人健康造成极大危害，而且价格较高。为了解决间苯二酚冒烟问题，轮胎企业广泛使用间苯二酚-甲醛树脂、间苯二酚-乙醛树脂、间苯二酚-硬脂酸混合等替代间苯二酚-甲醛-白炭黑体系。间苯二酚-甲醛树脂中仍存在游离间苯二酚，还会产生少量烟雾，而且其具有一定的吸湿性，易于聚集结块，对自动配料系统造成损坏[1]。

粘合树脂KOTA是一种改性的非自固化酚醛类粘合树脂，用于促进橡胶与骨架材料的粘合，可以替代间苯二酚及间苯二酚-甲醛树脂，其不含游离间苯二酚，加工过程中不冒烟、不喷霜，无毒环保。粘合树脂KOTA和亚甲基给予体（如甲醛、多聚甲醛、六亚甲基四胺、六甲氧基甲基密胺以及2-N-2-甲基-1-丙醇）反应生成热固性树脂，可以明显提高橡胶与钢丝和纤维帘线的粘合性能。本工作研究粘合树脂KOTA在全钢载重子午线轮胎带束层胶中的应用，并与间苯二酚-甲醛粘合树脂进行对比。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；炭黑N326，上海卡博特化工有限公司产品；0.37＋6×0.32ST钢丝帘线，江苏江阴贝卡尔特合金材料有限公司产品；粘合树脂KOTA，上海麒祥化工科技有限公司产品。

1.2 配方

生产配方：NR 100，炭黑N326 60，氧化锌 8，新癸酸钴 1，间苯二酚-甲醛粘合树脂1.5，粘合剂RA65 4，促进剂DZ 1.3，不溶性硫黄OT20 6，其他 3.5。

试验配方以1.5份粘合树脂KOTA等量替代间苯二酚-甲醛粘合树脂，配方其他组分及用量同生产配方。

1.3 主要设备和仪器

F270型密炼机、F370型密炼机和Φ660型开炼机，大连橡塑机械股份有限公司产品；X（S）K-230型开炼机和XLD-150T型平板硫化机，青岛亿朗橡胶装备有限公司产品；UM-2050型门尼粘度仪和UR-2010SD型硫化仪，中国台湾优肯科技股份有限公司产品；LX-A型邵氏A型硬度计，江都市腾达试验仪器厂产品；3366型电子拉力机，英国英斯特朗公司产品；401A型老化箱，上海实验仪器有限公司产品。

1.4 试样制备

小配合试验胶料采用两段混炼工艺。一段混炼在X（S）K-230型开炼机上进行，辊温控制在（70±5） ℃，混炼工艺为：加入已经塑炼好的NR进行初步混炼，然后加入活性剂和防老剂等小料，待小料分散后，加入炭黑至混炼均匀后，再加入粘合树脂和钴盐，混炼均匀后，打三角包3次、割胶3次，下片。一段混炼胶停放8 h后，采用X（S）K-230型开炼机进行二段混炼，混炼工艺为：加入一段混炼胶及硫黄、促进剂和粘合剂RA65，控制辊筒温度为（60±5） ℃，打三角包薄通6次，使硫化剂分散均匀，下片，得到厚度大约为2 mm的胶片备用。

大配合试验胶料采用四段混炼工艺。一段混炼采用F370型密炼机，压力为0.6 MPa，转子转速为50 r·min-1，混炼工艺为：NR→压压砣（30 s）→小料、炭黑→压压砣（120 ℃）→提压砣→压压砣（145 ℃）→提压砣→排胶（160 ℃）。二段混炼采用F370型密炼机，转子转速为45 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶、小料和炭黑→压压砣（115℃）→提压砣→压压砣（135 ℃）→提压砣→排胶（155 ℃）。三段混炼采用F370型密炼机，转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：二段混炼胶→压压砣（30 s）→提压砣→压压砣（115 ℃）→提压砣→压压砣（145 ℃）→提压砣→排胶（150 ℃）。终炼在F270型密炼机中进行，转子转速为20 r·min-1，压力为0.5 MPa，混炼工艺为：三段混炼胶、硫黄、促进剂和粘合剂RA65→压压砣（35 s）→提压砣（30 s）→压压砣→排胶（100 ℃），胶料采用Φ660型开炼机出片。

胶料采用平板硫化机硫化，硫化条件为150℃×30 min。

1.5 性能测试

（1）胶料硫化特性和物理性能均按照相应国家标准进行测试。

（2）抽出力是由拉力机对T形试样进行抽出测试，取5个试样的平均值，拉伸速率为10 mm·min-1。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

粘合树脂KOTA和间苯二酚-甲醛粘合树脂的理化性能分别见表1和2。从表1和2可以看出，粘合树脂KOTA和间苯二酚-甲醛粘合树脂的各项理化性能均满足企业标准要求，两者在外观、软化点和pH值方面具有一致性。

表1 粘合树脂KOTA的理化性能

表2 间苯二酚-甲醛粘合树脂的理化性能

2.2 小配合试验

2.2.1 门尼粘度和门尼焦烧时间

汽车制造企业都按照国家标准生产车内空气质量达标的汽车，无疑是从源头解决了汽车车内空气污染的问题。但是我国新制造出厂的汽车中车内空气质量不达标的居多，究其原因无非是市场竞争加大，为了提高竞争力以次充好，使用劣质原材料等。因此汽车制造企业需要加强自律，转变思想，以质量求生存，以科技提高竞争力。

小配合试验胶料的门尼粘度和门尼焦烧时间见表3。从表3可以看出，在全钢载重子午线轮胎带束层胶中用粘合树脂KOTA等量替代间苯二酚-甲醛粘合树脂后，胶料的门尼粘度略微增大，门尼焦烧时间稍微缩短，加工安全性略有降低，但仍然能够满足加工要求。实际生产中可通过调整混炼工艺控制胶料的门尼粘度。

表3 小配合试验胶料的门尼粘度和门尼焦烧时间

2.2.2 硫化特性

小配合试验胶料的硫化特性见表4。从表4可以看出：在全钢载重子午线轮胎带束层胶中用粘合树脂KOTA等量替代间苯二酚-甲醛粘合树脂后，胶料的FL和Fmax略高，主要是由于粘合树脂KOTA是非自固化酚醛类缩合树脂，表面具有类似补强树脂的支化结构，导致胶料的硬度和模量均有提高；硫化速率变化较小。

表4 小配合试验胶料的硫化特性（150 °C）

2.2.3 物理性能

小配合试验硫化胶的物理性能见表5。从表5可以看出，在全钢载重子午线轮胎带束层胶中用粘合树脂KOTA等量替代间苯二酚-甲醛粘合树脂后，硫化胶的密度、硬度、定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和钢丝帘线抽出力相差不大。

表5 小配合试验硫化胶的物理性能

2.3 大配合试验

2.3.1 门尼粘度和门尼焦烧时间

大配合试验胶料的门尼粘度和门尼焦烧时间见表6。从表6可以看出，大配合试验结果与小配合试验结果具有一致性。

表6 大配合试验胶料的门尼粘度和门尼焦烧时间

2.3.2 硫化特性

大配合试验胶料的硫化特性见表7。从表7可以看出，大配合试验胶料的FL，Fmax和t10变化趋势与小配合试验结果一致，t60和t90略有延长。

表7 大配合试验胶料的硫化特性（150 °C）

2.3.3 物理性能

大配合试验硫化胶的物理性能见表8。从表8可以看出，大配合试验结果与小配合试验结果具有一致性。

表8 大配合试验硫化胶的物理性能

2.4 工艺性能

在全钢载重子午线轮胎带束层胶中用粘合树脂KOTA等量替代间苯二酚-甲醛粘合树脂后，胶料在混炼、压延过程中的刺激性气味基本消失，烟雾量明显减小，带束层帘布停放7 d后未发现喷霜现象，同时其他工艺性能较好。

2.5 成品轮胎性能

采用试验配方胶料试制12R22.5 18PR全钢载重子午线轮胎，并按GB/T 4501—2008《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行耐久性试验，试验速度为55 km·h-1，按国家标准规定行驶47 h后，每行驶10 h试验负荷增大10%，直至轮胎损坏为止。成品轮胎的耐久性试验结果如表9所示。

表9 成品轮胎耐久性试验结果

从表9可以看出，试验轮胎的耐久性能与生产轮胎相当，试验结束时轮胎破坏部位并非带束层位置，耐久性能达到国家标准要求。

2.6 成本分析

由于粘合树脂KOTA的价格较间苯二酚-甲醛粘合树脂低，在全钢载重子午线轮胎带束层胶中用粘合树脂KOTA等量替代间苯二酚-甲醛粘合树脂后，每千克胶料成本降低了0.65元，具有较好的经济效益。

3 结论

在全钢载重子午线轮胎带束层胶中用粘合树脂KOTA等量替代间苯二酚-甲醛粘合树脂，胶料的门尼粘度略大，焦烧时间稍短，FL和Fmax略高，硫化速率变化较小；硫化胶的密度、硬度、定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和钢丝帘线抽出力相差不大；胶料在混炼、压延过程中的刺激性气味基本消失，烟雾量明显减小；成品轮胎的耐久性能相当，均达到国家标准要求；同时可以降低胶料成本。