新型抗硫化返原剂HTR在全钢工程机械子午线轮胎胎面胶中的应用

李剑波，王文博，杜孟成，李庆朝

（国家橡胶助剂工程技术研究中心，山东 阳谷 252300）

工程机械轮胎主要用于露天矿场和筑路工地等恶劣的路面环境下使用的装卸车。由于车辆载荷大，且连续作业，轮胎因受热容易产生胶料硫化返原和机械破坏现象，这就要求工程机械轮胎胎面胶具有良好的耐热、抗切割和抗崩花掉块性能。

工程机械轮胎胎面胶的主体材料是天然橡胶（NR）和丁苯橡胶（SBR），硫化体系一般采用高硫低促的有效硫化体系，其特点是多硫键含量大而单硫键和双硫键含量小，多硫键容易断裂造成胶料交联网络破坏即交联密度减小，从而导致胶料的物理性能和动态性能下降，进而影响轮胎性能和使用寿命，这种现象被称为胶料硫化返原。

为解决胶料硫化返原这一难题，橡胶行业科技工作者进行了大量的研究工作，除了选择合适的橡胶及优化配方和工艺外，还进行了抗硫化返原剂的开发。市场上的抗硫化返原剂有锌皂类的Struktol AKT73、柠糠酰亚胺类的PK900、后硫化稳定剂HTS及多功能交联剂KA9188，这些抗硫化返原剂的应用使胶料的硫化返原问题得到了很大改善[1-2]。

山东阳谷华泰化工股份有限公司多年来致力于解决胶料硫化返原问题，相继开发出一系列抗硫化返原剂。新型抗硫化返原剂HTR的分子结构中含有马来酰亚胺和六亚甲基链，其中马来酰亚胺含有不饱和双键，类似于硫化剂HVA-2（PDM）和抗硫化返原剂PK900，在胶料硫化返原时可以与断裂的橡胶分子链形成碳-碳交联键进行“补偿”，阻止了胶料交联密度的降低；六亚甲基链类似于后硫化稳定剂HTS和多功能交联剂KA9188，使橡胶交联的分子链具有柔韧性，可以降低动态生热，从而使胶料具有较低的生热和良好的抗硫化返原性能[3-4]。

本工作研究新型抗硫化返原剂HTR在全钢工程机械子午线轮胎胎面胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰国产品；SBR，牌号1500，中国石化齐鲁石化橡胶厂产品；炭黑N330，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；抗硫化返原剂HTR，山东阳谷华泰化工股份有限公司产品。

1.2 配方

生产配方：NR 90，SBR 10，炭黑N330 45，硫黄 3，促进剂CBS 0.8，其他 20。

试验配方：添加2份抗硫化返原剂HTR，其余均同生产配方。

1.3 主要设备和仪器

X（S）M-1.5X（0～100）型智能实验密炼机，青岛科高橡塑机械有限公司产品；GK400N型和GK255N型密炼机，德国克虏伯公司产品；SK-160型开炼机和QLB-50D/K型平板硫化机，无锡市第一橡塑机械设备厂产品；AGS-5KNJ型电子拉力试验机，日本岛津（苏州）有限公司产品；GT-7012-A型阿克隆磨耗机和GT-7017-M型热老化试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；MV2000型门尼粘度仪和MDR200型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；GD-8000型橡胶压缩生热试验机，东莞市高达仪器有限公司产品。

1.4 混炼工艺

小配合试验胶料采用两段混炼工艺。一段混炼在智能实验密炼机中进行，转子转速为55 r·min-1，混炼工艺为：生胶→提压砣/压压砣→炭黑、小料→提压砣/压压砣→排胶；二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄、促进剂、抗硫化返原剂HTR→充分混炼均匀后下片。

大配合试验胶料采用两段混炼工艺。一段混炼在GK400N型密炼机中进行，转子转速为45 r·min-1，压砣压力为18 MPa，混炼工艺为：生胶→提压砣/压压砣→炭黑、小料→提压砣/压压砣→排胶（150～160 ℃）；二段混炼在GK255N型密炼机中进行，转子转速为35 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、抗硫化返原剂HTR→提压砣/压压砣→提压砣/压压砣→排胶（100～110 ℃）。

1.5 性能测试

各项性能均按照相应的国家或企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

抗硫化返原剂HTR的理化分析结果见表1。

从表1可以看出，抗硫化返原剂HTR的各项理化性能均符合企业标准要求。

表1 抗硫化返原剂HTR的理化分析结果

2.2 小配合试验

小配合试验胶料的硫化特性见表2，其中R95为硫化曲线达到峰值后下降至95%的Fmax时对应的时间，时间越长，抗硫化返原性能越好。

表2 小配合试验胶料的硫化特性

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、门尼焦烧时间和硫化特性变化不大，说明在不改变现有配方的基础上可以直接添加抗硫化返原剂HTR；试验配方胶料的R95明显延长，说明抗硫化返原剂HTR可以提高胶料的抗硫化返原性能。

小配合试验硫化胶的物理性能见表3。

从表3可以看出，与生产配方硫化胶相比，老化前试验配方硫化胶的物理性能基本一致，老化后试验配方硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和回弹值增大，而阿克隆磨耗量减小，生热降低，说明抗硫化返原剂HTR在胶料硫化返原前基本上是惰性，硫化返原一旦产生，它就会与破坏的橡胶大分子链形成碳-碳交联键，对破坏的橡胶链进行补偿，提高或保持胶料的交联键数量或交联密度，分子结构中的亚甲基链使橡胶分子具有优异的柔韧性，使胶料具有良好的耐热老化性能，从而提高胶料的抗硫化返原性能，延长使用寿命。

表3 小配合试验硫化胶的物理性能

2.3 大配合试验

为进一步研究抗硫化返原剂HTR的应用效果，进行了大配合试验，结果见表4和5。

从表4和5可以看出，大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。

表4 大配合试验胶料的硫化特性

2.4 成品试验

采用试验配方胶料制备20.5R25☆☆E-3全钢工程机械子午线轮胎，并按照GB/T 30193—2013进行耐久性试验。当轮胎行驶47 h后不改变试验条件继续进行试验，直至轮胎损坏为止，试验条件和结果见表6。

从表6可以看出，试验轮胎和生产轮胎的耐久性能良好，均符合国家标准要求，其中试验轮胎的耐久性能更优。

表6 成品轮胎的耐久性试验条件和结果

3 结论

在全钢工程机械子午线轮胎胎面胶中直接加入2份抗硫化返原剂HTR，无需改变现有配方，即可提高胶料的抗硫化返原性能，增大硫化胶热老化后的拉伸强度、撕裂强度和回弹值，提高耐磨性能，降低生热，提高成品轮胎的耐久性能，从而延长轮胎的使用寿命。

表5 大配合试验硫化胶的物理性能