填充高用量白炭黑巨胎基部胶配方的研究

李万岭 张伟 褚风民

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300384）

随着全球市场对大型矿用轮胎需求的上升，近些年国内的巨胎产业迅速发展起来[1]，为满足国际市场日益苛刻的要求，提升巨胎使用寿命应作为一项重要的技术任务被广泛研究。矿用巨胎因单胎载荷大，胎面厚重，导致胎内热量积聚严重，最终导致轮胎早期破坏，因此降低胎面生热是提升巨胎使用寿命的重要措施。

基部胶的配方设计有多种形式，一味的选用低比表面积的炭黑确实能够降低胶料的生热，但也会严重影响胶料的力学强度，最终导致胎面崩花掉块，而使用白炭黑可以解决该问题。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），RSS3，泰国产品；炭黑N220，上海卡博特化工有限公司产品；沉淀法白炭黑，青岛罗帝亚公司产品；其余原料均为市售产品。

1.2 配方

试验配方和生产配方如表1所示。

表1 试验配方和生产配方

1.3 主要设备和仪器

ø660mm、ø150mm 开炼机，上海橡胶机械一场产品；1.5L 实验用密炼机，青岛软控股份有限公司产品；BB270、BB430 型密炼机，日本Kobe Steel 公司产品；XQLB-380×350 型平板硫化机，青岛橡胶机械厂产品；MV2000E 型门尼粘度仪、RPA2000 型橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；6800 型电子拉力机，美国Instron 公司产品；GABOMETER2000 型压缩生热仪，德国GABO 公司产品；ZWICK5091 型回弹仪，德国ZWICK 公司产品，LAT100 型磨耗试验机，荷兰VMI 公司产品。

1.4 试样制备

小配合采用两段工艺，一段在1.5L 实验用密炼机上进行，加料顺序为：NR→炭黑、白炭黑、偶联剂、防老剂→氧化锌等小料→排胶出片；二段在ɸ150mm 开炼机上进行，加料顺序为：一段母胶→硫化剂、促进剂→排胶出片。

大配合采用两段工艺，一段在BB430 型密炼机上进行，加料顺序为：NR、炭黑、白炭黑、偶联剂（2#配方在温度到达145℃保持50s 后进行下一步）→其余小料→153℃排胶；二段在BB270型密炼机上进行，加料顺序为：一段母胶→小料→110℃排胶。

1.5 性能测试

a.拉伸测试：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》；

b.撕裂测试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）》；

c.硬度测试：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）》；

d.密度测试：GB/T 533-2008 《硫化橡胶或热塑性橡胶 密度的测定》；

e.门尼粘度测试：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》；

f.回弹测试：GB/T 1681-2009 《硫化橡胶回弹性的测定》；

g.热老化测试：GB/T 3512-2014《硫化橡胶或热塑性橡胶 热空气加速老化和耐热试验》；

h.压缩生热测试：GB∕T 1687.3-2016《硫化橡胶 在屈挠试验中温升和耐疲劳性能的测定 第3 部分：压缩屈挠试验（恒应变型）》；

i.流变性能测试：GB/T 33095.1-2016《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》；

j.tanδ 值（60℃）测试：使用RPA 测试，测定在频率10Hz、应变5arc、温度60℃时的tanδ值；

k.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

在设计配方时，考虑了保持硫化胶的硬度、300%定伸应力和硫化速度与原配方相当的水平。小配合测试结果如表2 所示，表中tanδ 为滞后损耗因子，硫化条件为150℃×30min。

从表2 中可以看出高填充白炭黑配方的门尼粘度明显高于炭黑配方，因此在投产时需要调整混炼工艺。

表2 小配合试验结果

从表2 中还可以看出，试验配方的拉伸强度比生产配方的低，拉断伸长率高，这主要是因为白炭黑补强性能比炭黑的差；试验配方磨耗性能达与生产配方基本持平；试验配方的撕裂强度明显超过生产配方、滞后损失明显低于生产配方，这主要是因为白炭黑具有更优异的抗撕裂性能和更低的滞后损失。综合考虑，3#配方的性能更加优越，因此进行大配合试验。

2.2 大配合试验

在小配合试验的基础上，对3#配方及混炼工艺进行微调，试验结果如表3 所示。从表3可以看出，通过调整混炼工艺，试验配方的门尼黏度与生产配方基本持平；配方的其他性能与小配合基本一致。

2.3 成品耐久性能

分别用生产配方和 3#配方各生产一条27.00R49 的轮胎进行TKPH（吨公里/小时）测试。测试结果如表4 所示。

通过表4 可以看出，3#试验配方能够显著提升巨胎的使用寿命。

表4 TKPH 测试结果

3 结论

通过使用高填充白炭黑的巨胎基部胶配方，可以达到与传统炭黑配方相当的磨耗性能，且具有更加优异的抗撕裂能力和更低的滞后损失；通过调整混炼工艺后，可以得到与炭黑配方相当的门尼黏度；使用新配方的成品轮胎具有更高的使用寿命。