低生热界面活性剂B-206在全钢巨型工程机械子午线轮胎胎面胶中的应用

余团清，张文标，黄晶晶，施大全，黄振华，王剑峰

（海安橡胶集团股份公司，福建 莆田 351254）

全钢巨型工程机械子午线轮胎是一种用于低速、重载工程车辆的轮胎，一般都是在恶劣环境和苛刻条件下工作，路面不平坦，经常是昼夜连续作业，行驶时间较长。在高负荷运行情况下，轮胎与路面接触受应力冲击摩擦较大，胎面胶温升较高，轮胎整体温度也会随之升高，容易导致热脱层而早期报废，因此全钢巨型工程机械子午线轮胎对胎面胶的生热性能提出更高的要求。

低生热界面活性剂B-206（简称活性剂B-206）是表面活性物质与脂肪酸衍生物的混合物，含有特定活性组分，极易被填料吸收，能有效阻止填料团聚，促进填料分散，提高胶料的均匀性并降低粘度，填料可更好地浸润到橡胶分子链中，使硫化胶生热降低，从而延长轮胎使用寿命和行驶里程[1-4]。

本工作主要研究活性剂B-206在全钢巨型工程机械子午线轮胎胎面胶中的应用，探讨其对胶料性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），3#烟胶片，泰国产品；炭黑N220，山东贝斯特化工有限公司产品；白炭黑VN3GR，赢创嘉联白炭黑（南平）有限公司产品；氧化锌，泉州中泰锌业有限公司产品；硅烷偶联剂，赢创岚星化学工业有限公司产品；活性剂B-206，青岛永信橡塑材料有限公司产品；防老剂4020和RD，圣奥化学科技有限公司产品；B型防护蜡，青岛莱茵化学有限公司产品。

1.2 配方

生产配方（1#配方）：NR 100，炭黑N220 45，白炭黑 10，B型防护蜡 1.5，硅烷偶联剂 2，防老剂4020 1.5，防老剂RD 1.0，其他 12。

2#—4#试验配方在生产配方的基础上分别加入2，3和5份活性剂B-206。

1.3 主要设备和仪器

X（S）M-1.5×（10～100）型智能实验密炼机和XK-160型开炼机，大连橡胶塑料机械股份有限公司产品；GK-270N型和GK-400N型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；UT-2080型拉力试验机、UD-3500型炭黑分散度仪和UM-2050型门尼粘度仪，中国台湾优肯科技股份有限公司产品；GT-M2000A型无转子硫化仪，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；LX-A型硬度计和JC-1076型阿克隆磨耗机，江都市精诚测试仪器有限公司产品；GH-50T型平板硫化机，泉州金鹰机械有限公司产品；YS-Ⅲ型橡胶压缩生热试验机，北京澳玛琦科技发展有限公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 小配合试验

小配合试验胶料采用3段混炼工艺。

一段和二段混炼在X（S）M-1.5×（10～100）型智能实验密炼机中进行，初始温度为80 ℃。一段混炼转子转速为60 r·min-1，压砣压力为0.6 MPa，混炼工艺为：加入生胶→压压砣60 s→加入氧化锌、硬脂酸、2/3炭黑、活性剂和白炭黑→压压砣，混炼50 s→提压砣，清扫5 s→压压砣，混炼40 s→排胶[（155±5）℃]；二段混炼转子转速为50 r·min-1，压砣压力为0.6 MPa，混炼工艺为：加入一段混炼胶→压压砣，混炼30 s→加入剩余炭黑、防老剂等→压压砣，混炼50 s→提压砣，清扫5 s→压压砣，混炼30 s→排胶[（150±5）℃]；三段混炼在XK-160型开炼机上进行，混炼工艺为：加入二段混炼胶→辊距调至3 mm→包辊→加入硫黄、促进剂和防焦剂→混炼→左右割刀各3次→打三角包3次（最小辊距）→下片。各段混炼胶停放时间不短于8 h。

1.4.2 大配合试验

大配合试验胶料采用3段混炼工艺。

一段和二段混炼在GK-400N型密炼机中进行，转子转速为40 r·min-1，压砣压力为0.5 MPa。一段和二段混炼加料顺序和混炼要求均与小配合试验一段和二段混炼相同，各段混炼胶停放时间不短于8 h。终炼在GK-270N型密炼机中进行，转子转速为30 r·min-1，压砣压力为0.3 MPa。终炼工艺为：加入二段混炼胶、硫黄、促进剂和防焦剂→压压砣，混炼40 s→提压砣，清扫5 s→压压砣，混炼30 s→排胶[（100±5）℃]，停放8 h。

1.5 性能测试

硫化特性采用无转子硫化仪进行测试，测试温度为143 ℃，时间为120 min。胶料的物理性能均按照相应的国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

活性剂B-206的理化分析结果如表1所示。

表1 活性剂B-206的理化分析结果

从表1可以看出，活性剂B-206的各项理化性能均达到企业标准要求。

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如表2所示。

表2 小配合试验胶料的硫化特性（143 °C）

从表2可以看出，与未加入活性剂B-206的胶料相比，加入活性剂B-206的胶料硫化诱导期延长，硫化速度加快，Fmax降低。其原因是活性剂B-206是脂肪酸衍生物的混合物，起物理增塑效果，橡胶分子间的作用力减弱，使填料更好地浸润到橡胶分子链中，同时其又是硫化促进助剂，对硫化有一定的促进作用。随着活性剂B-206用量的增大，硫化诱导期没有变化，硫化速度加快，FL和Fmax减小，t100缩短。其原因是活性剂B-206用量增大，增塑效果增强，橡胶的流动加快，活性剂B-206游离在橡胶分子链外，参与促进硫化。

2.2.2 物理性能

考察在正硫化和过硫化状态下，小配合试验硫化胶的物理性能，结果如表3所示。

从表3可以看出：与未加入活性剂B-206的硫化胶相比，在正硫化条件下加入活性剂B-206的硫化胶的邵尔A型硬度和定伸应力有所下降，生热降低，耐磨性能提高；随着活性剂B-206用量的增大，硫化胶的邵尔A型硬度变化不大，定伸应力降低，生热逐渐提升，耐磨性能逐渐下降；在过硫化和老化后，加入活性剂B-206的硫化胶依旧保持较好的物理性能。当活性剂B-206用量为2份时硫化胶生热最低，同时物理性能较好，这是由于活性剂B-206的表面活性物质和脂肪酸衍生物有极性基团，并通过其极性作用，改变橡胶分子侧链链端的极性，降低橡胶分子链的相互作用，提高炭黑分子的移动能力，最终改善胶料的流动性和炭黑分散性，从而影响硫化胶的性能。

表3 小配合试验硫化胶的物理性能

2.3 大配合试验

根据小配合试验结果，进一步验证活性剂B-206在胎面胶中的应用效果，对1#与2#配方进行了大配合试验对比。

2.3.1 硫化特性

大配合试验胶料的硫化特性如表4所示。

从表4可以看出：大配合试验胶料的硫化特性与小配合试验胶料基本一致；加入活性剂B-206的胶料门尼粘度下降，有助于改善胶料的加工性能。

表4 大配合试验胶料的硫化特性

2.3.2 物理性能

大配合试验硫化胶的物理性能如表5所示。

表5 大配合试验硫化胶的物理性能

从表5可以看出，大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。

2.3.3 炭黑分散性

大配合试验硫化胶中炭黑的分散性如图1和表6所示，炭黑的分散性按照ISO 11345：2006《橡胶 炭黑和炭黑/白炭黑分散性的评估 快速比较法》进行测试。

从图1和表6可以看出：与1#配方硫化胶相比，2#配方硫化胶的炭黑分散Y值较小，X值较大，说明炭黑的分散性较好，分散均匀程度较高，这是由于活性剂B-206有增塑效果，可以降低橡胶分子链的相互作用，改善胶料的流动性，促进填料分散均匀。

表6 大配合试验硫化胶中炭黑分散度

图1 炭黑的分散性

2.4 工艺性能

2#配方胶料的工艺性能如下。

（1）混炼胶表面光滑，韧性好，均匀致密，混炼过程中配合剂易分散；

（2）挤出胎面表面光滑，尺寸稳定，无破边现象，断面均匀致密；

（3）成型工艺正常，胎面胶粘合性能好。

2.5 成品轮胎性能

采用1#和2#配方胶料各生产27.00R49全钢巨型工程机械子午线轮胎6条，在国内某矿山安装于相同车型工程车辆上，跟踪两种配方成品轮胎使用情况，结果如表7所示。

表7 成品轮胎矿山使用性能对比

从表7可以看出，实际装车试验中2#配方轮胎比1#配方轮胎使用寿命延长。

3 结论

在全钢巨型工程机械子午线轮胎胎面胶中加入2份活性剂B-206，即可改善胶料中炭黑的分散性，减少炭黑聚集，胶料的拉伸强度和拉断伸长率提高，生热和阿克隆磨耗量降低，加工性能优异，轮胎的使用寿命延长。