新型无机硅填料在矿用巨型工程机械轮胎基部胶中的应用

李万岭

新型无机硅填料在矿用巨型工程机械轮胎基部胶中的应用

李万岭

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300384）

本文研究了新型无机硅填料在矿用巨型工程机械轮胎基部胶中的应用，结果表明：使用该填料等量替换传统白炭黑后，胶料的生热指标明显下降，成品轮胎的寿命得到明显提升。

新型无机硅填料；矿用巨型工程机械轮胎；基部胶；降低生热

矿用工程机械轮胎因其超高的承载负荷、复杂多变的工况条件以及参差不齐的维护水平，使得轮胎更容易出现冠空、肩空、口等病象问题，这大大限制了车辆的行驶速度及工作运距，使用不当甚至会衍变成安全隐患。因此，加强对胎冠、胎肩及胎口的轮胎设计以及配方优化对矿用工程机械轮胎，特别是矿用巨型工程机械轮胎有着非常重大的意义。

鉴于原配方产品在某矿点出现胎冠脱层的问题，现针对基部胶配方进行调整和改进。益海嘉丽粮油工业有限公司开发的新型无机硅填料，具有高分散、低生热的特点，特别适合用于基部胶配方。该填料的理化特性如表1所示。

表1 新型无机硅填料的理化性能

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），泰国产品；炭黑N375，龙星化工股份有限公司；新型无机硅填料，益海嘉丽粮油工业有限公司；白炭黑，赢创工业集团；其他均为市售品。

1.2 配方

生产配方：NR 100，炭黑N375 31.5，白炭黑 27.5，TESPT（Si-69） 2.5，硫磺 1.5，促进剂CBS 1.0，促进剂DCBS 1.0，其他 18.86。

试验配方：NR 100，炭黑N375 31.5，新型无机硅填料 27.5，TESPT（Si-69） 2.5，硫磺1.5，促进剂CBS 1.0，促进剂DCBS 1.0，其他 18.86。

1.3 主要仪器和设备

XK-160开炼机，广东湛江机械厂产品；BTM-2密炼机，化工百川自控科技有限公司产品；BB430和BB270密炼机，日本神户制钢有限公司产品；600×600型平板硫化机，湖州宏桥橡胶机械有限公司；MV2000门尼粘度仪、MDR2000流化仪和RPA2000型橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；3343型单臂式垫子万能材料拉力机，美国英斯特朗公司产品；5109型回弹仪，德国ZWICK公司产品；压缩生热试验机，北京万汇一方科技发展有限公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 小配合试验

胶料选用两段混炼的加工工艺在1.5L实验用密炼机中进行。

一段混炼工艺为：初始转速60rpm，加生胶→压栓30s→提栓，加炭黑、白炭黑（或无机硅填料）、TESPT（Si-69）→压栓至130℃→提栓，降转速至40rpm加剩余粉→压栓至150℃→提栓，排胶。

二段混炼工艺：初始转速40rpm，加一段母胶→压栓35s→提栓，加药粉→压栓35s→空提→压栓至108℃→提栓，排胶。

1.4.2 大配合试验

胶料选用三段混炼的加工工艺，一段、二段在BB430中进行，三段在BB270中进行。

一段工艺为：初始转速50rpm，加生胶、炭黑、白炭黑（或无机硅填料）、部分药粉→压栓35s→提栓，加剩余药粉→压栓至135℃→提栓，降转速至30rpm→压栓至154℃→提栓，排胶。

二段工艺为：初始转速40rpm，加入一段母胶，氧化锌→压栓40s→空提→压栓至145℃→提栓，排胶。

三段工艺为：初始转速20rpm，加入二段母胶，药粉→压栓35s→空提→压栓30s→空提→压栓至108℃→提栓，排胶。

所有胶料在室温23℃±2℃，相对湿度50%±10%，避光的环境下停放8小时。

1.5 性能测试

各项性能均按相应的国家标准进行测试。

拉伸测试按照GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》规定的方法执行；撕裂测试按照GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤形、直角形和新月形试样）》规定的方法执行；硬度测试按照GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》规定的方法执行；密度测试按照GB/T 533-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶密度的测定》规定的方法执行；门尼粘度测试按照GB/T 1232.1-2000《未硫化橡胶圆盘剪切粘度测定-门尼粘度的测定》规定的方法执行；回弹测试按照GB/T 1681-2009《硫化橡胶回弹性的测定》规定的方法执行；热老化测试按照GB/T 3512-2001《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》规定的方法执行；压缩生热测试按照GB/T 1687-1993《硫化橡胶在曲挠试验中温升和耐疲劳性能的测定第2部分：压缩屈挠试验》规定的方法执行；流变性能测试按照GB/T 33095.1-2006《未硫化橡胶用动态无转子流变仪测定流变性能第一部分：频率扫描法》规定的方法执行；tanδ值（60℃）测试：使用RPA，测定在频率10Hz，应变5arc，温度60℃时的tanδ值；VMI磨耗（7°）测试，使用LAT100型磨耗试验机，将硫化好的样品在速度70km/h，压力50N，偏转角度7°的条件下，先预磨1km，取下试样测定重量m1，然后在上述条件下磨10km，取下试样测定重量m2，由前可以测得试样的密度为ρ，根据公式：

计算得出最终的体积磨耗量。

2 结果与讨论

2.1 小配合试验

小配合试验结果如表2所示。

从表2中可以看出，使用新型无机硅填料替代传统的白炭黑后，胶料的压缩生热及60℃动态损耗因子（tanδ）明显下降，说明该无机硅填料确实能实现配方降低生热的效果；而试验配方的拉伸强度、撕裂强度略低于生产配方，说明该无机硅的补强性能可能略低于传统白炭黑；综合考虑基部胶配方对各项性能的需求，认为试验配方更能满足当前产品的性能求。

表2 小配合试验结果

2.2 大配合试验

为验证小配合的试验结果，对试验配方进行大配合试验，试验结果如表3所示

从表3中可以看出，大配合试验结果与小配合试验结果基本保持一致，试验配方的生热性能优于生产配方，且胶料的拉伸性能在合理范围内。

表3 大配合试验结果

2.3 成品性能耐久性能

为验证试验配方的实际效果，使用试验配方胶料生产27R49规格巨型工程机械轮胎，进行TKPH值测试，并与正常生产的轮胎进行对比。

TKPH测定方法参照国标GB/T 30197-2013，测定终点为胎面中点或胎肩中点温度达到107℃。

测定结果如表4所示，从中可以看出，试验轮胎的TKPH值明显增大，表明试验轮胎的生热明显降低。

表4 TKPH测试结果

3 结论

使用新型无机硅填料代替传统的白炭黑，能够明显降低胶料的生热，用于基部胶配方，能够显著提高矿用巨型工程机械轮胎的TKPH和使用寿命。

李万岭（1991～），男，天津蓟州人，学士，天津市橡胶工业研究所有限公司助理工程师，主要从事减震降噪橡胶制品和巨型工程机械轮胎的研制研发工作。