高抗撕裂改性剂EN-01在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用

李志涛，林国阵

（厦门力达威化工科技有限公司，福建 厦门 361021）

当路面状况较差时，全钢载重子午线轮胎在载荷的作用下，轮胎表面受到尖锐物品的撞击或刺扎，易导致胶料产生裂纹[1-3]。同时，轮胎在行驶过程中会产生大量热量，速度越高生热越大。产生的热量会导致轮胎温度升高，加速胶料裂纹的扩展，最终导致轮胎发生崩花掉块和异常磨损等问题；温度升高也会使胶料强度降低，严重时可能导致轮胎爆破，造成不可挽回的损失[4-7]。提高轮胎胶料的抗撕裂性能有利于抑制裂纹的产生和扩展，但市场上大部分的抗撕裂树脂在轮胎中使用时会加速轮胎的生热，增大了轮胎的行驶风险[8-10]。

高抗撕裂改性剂EN-01是一种提升橡胶抗撕裂和抗切割性能的助剂，外观为白色或淡粉色固体粉末，熔点为213～215 ℃，无气味。其在轮胎中使用，可以有效提高轮胎的抗撕裂性能，同时不影响生热性能。

本工作主要探讨高抗撕裂改性剂EN-01在全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用效果。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国进口产品；炭黑BL201，山东贝斯特化工有限公司产品；高抗撕裂改性剂EN-01，大冢材料科技（上海）有限公司产品；DCPD树脂，彤程新材料集团股份有限公司产品；硫黄，无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司产品。

1.2 配方

高抗撕裂改性剂EN-01在全钢载重子午线轮胎胎面胶配方中进行应用试验，试验配方如表1所示，其中1#配方为空白对照组。

表1 试验配方 份

1.3 主要设备和仪器

XSK-150型开炼机，庄河橡胶机械有限公司产品；KD-1-5型1.61 L密炼机，利拿机械工业股份有限公司产品；BB270型和BB430型密炼机，日本神户制钢有限公司产品；MV2000型门尼粘度计、MDR2000型硫化仪和RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；AI-2000M型拉力试验机和阿克隆磨耗仪，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；RCC-Ⅰ型抗切割性能试验机，北京万汇一方科技发展有限公司产品；GCYLSN-1112型轮胎耐久性试验机，青岛高校测控技术有限公司产品；GOODRICH型压缩生热试验仪，德国DOLI公司产品；401A型热空气老化箱，江都市新真威试验机械有限责任公司产品。

1.4 混炼工艺

1.4.1 小配合试验

小配合试验胶料采用两段混炼工艺，转子转速为40～100 r·min-1，一段混炼在1.61 L密炼机中进行，混炼工艺为:生胶→压压砣1 min→炭黑→压压砣1 min→氧化锌、防老剂和树脂等→压压砣1 min→提压砣→压压砣1.5 min→排胶；二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为:一段混炼胶→薄通2次→硫黄和促进剂→薄通2次→捣胶2次→排胶下片。

1.4.2 大配合试验

大配合试验胶料采用4段混炼工艺。前3段混炼在BB430型密炼机中进行，转子转速为50 r·min-1，压砣压力为0.55 MPa。一段混炼工艺为:生胶、1/5炭黑→压压砣35 s→提压砣→压压砣25 s→提压砣→压压砣→（155±5）℃排胶→停放4 h。二段混炼工艺为:一段混炼胶、4/5炭黑、氧化锌、防老剂和树脂等→压压砣35 s→提压砣→压压砣25 s→提压砣→压压砣→（160±5）℃排胶→停放8 h。三段混炼工艺为:二段混炼胶→压压砣25 s→提压砣→压压砣25 s→提压砣→压压砣→（155±5）℃排胶→停放8 h。终炼在BB270型密炼机中进行，转子转速为22 r·min-1，压砣压力为0.55 MPa，混炼工艺为:三段混炼胶、硫黄、防焦剂和促进剂→压压砣25 s→提压砣→压压砣25 s→提压砣→压压砣→（105±5）℃排胶→停放8 h。

1.5 性能测试

胶料的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

高抗撕裂改性剂EN-01的理化分析结果如表2所示。

从表2可以看出，高抗撕裂改性剂EN-01的理化性能满足企业内控标准。

表2 高抗撕裂改性剂EN-01的理化分析结果

2.2 小配合试验

小配合试验结果如表3所示。

从表3可以看出:与1#配方胶料相比，2#配方胶料的门尼粘度和门尼焦烧时间差别不大，3#和4#配方胶料的门尼粘度高约10个值，门尼焦烧时间缩短约2 min，硫化速度相当；老化前后，2#—4#配方胶料的拉断伸长率和撕裂强度明显增大，切割体积比明显减小，这说明添加DCPD树脂和高抗撕裂改性剂EN-01都可大幅提升胶料的抗撕裂性能，其中以添加高抗撕裂改性剂EN-01的4#配方胶料效果最佳；2#配方胶料的耐磨性能和低生热性能较1#配方胶料略差，3#配方胶料的300%定伸应力和耐磨性能较1#配方胶料略差，而适当增大硫黄用量的4#配方胶料，其他物理性能均与1#配方胶料相当。

表3 小配合试验结果

综合分析，4#配方胶料的硫化特性和物理性能较优。

2.3 大配合试验

根据小配合试验结果，选择4#配方与1#空白配方进行大配合试验，结果如表4所示。

从表4可以看出:与1#配方胶料相比，4#配方胶料的Fmax略低，硫化速度相当，门尼粘度较高，门尼焦烧时间略短；老化前后，4#配方胶料的拉断伸长率和撕裂强度增大，切割体积比减小；其他物理性能相当。

表4 大配合试验结果

2.4 工艺性能

在混炼加工过程中，相同混炼条件下，4#试验配方胶料门尼粘度偏高10个值左右，门尼焦烧时间缩短约2 min，外观无明显差异。后续批量试生产，采取在塑炼段增用200 g环保型塑解剂，同时微调混炼工艺，可将胶料的门尼粘度降低5～6个值。

2.5 成品性能

分别采用1#和4#配方胶料试制一批12R22.5 18PR AL06轮胎，分别随机抽取1条，按照GB/T 4501—2016《载重汽车轮胎性能室内试验方法》进行室内耐久性试验，试验结果如表5所示。

从表5可以看出，试验轮胎和生产轮胎的累计行驶时间相近，轮胎损坏部位和形式一致，耐久性能相当。

表5 成品轮胎耐久性试验结果

2.6 路试验证

为验证胎面胶配方中使用高抗撕裂改性剂EN-01后成品轮胎的实际使用性能，采用4#配方试制了一批12R22.5 18PR AL06轮胎，并在湖南长沙地区进行了装车试验。车型为双导单驱六轴车，轮胎装配在驱动轮，车辆运行区间为长沙至衡阳，以装配散货为主，标准载荷35 t，车货总质量不大于53 t。14个月后，车辆共行驶155 352 km，路试轮胎无任何病象。

3 结论

在全钢载重子午线轮胎胎面胶中加入高抗撕裂改性剂EN-01，并适当增大硫黄用量，虽然在混炼过程中胶料门尼粘度偏高，但可在保持拉伸性能、低生热和耐磨性能相当的前提下，有效提高轮胎的抗撕裂和抗切割性能，在路况较差时的使用优势明显。