抗撕裂助剂EN-01在矿用载重轮胎胎面胶中的应用

邢利宁，廖亚梅，马 涛

（威海中威橡胶有限公司，山东 威海 264200）

矿用载重轮胎一般在露天矿中使用，工况条件苛刻，路面不平整，常伴有尖锐的岩石块和碎石块等，尤其是在雨季，易刺伤轮胎。此外，矿用载重轮胎具有负荷大、运距短、转弯多的使用特点，且轮胎花纹块变形大，易被外露的尖石划伤、切割，从而产生崩花掉块的现象[1-2]。轮胎产生崩花掉块的根本原因是胎面胶的抗撕裂和抗切割性能较差，因此要延长矿用载重轮胎的使用寿命，首要的是提高胎面胶的抗撕裂和抗切割性能。

抗撕裂助剂EN-01通过增强填料网络结构、增加炭黑结合胶活性以及使交联网状结构复杂化，提高胶料的抗撕裂和抗切割性能。本工作研究抗撕裂助剂EN-01在矿用载重轮胎胎面胶中的应用，考察抗撕裂助剂EN-01对胎面胶加工性能、物理性能，尤其是抗撕裂性能和抗切割性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；丁苯橡胶（SBR），牌号1502，中国石化齐鲁石油化工公司产品；抗撕裂助剂EN-01，大冢材料科技（上海）有限公司产品。

1.2 配方

生产配方（1#）（用量/份）：NR/SBR 100，炭黑N220 56，氧化锌 4，硬脂酸 2，软化增粘剂5，其他 8.7。

试验配方2#—4#分别加入0.6，0.8和1份抗撕裂助剂EN-01，其他组分及用量同生产配方。

1.3 主要设备和仪器

GK270型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；1.5 L密炼机，德国克虏伯公司产品；XL-160型开炼机，青岛科技大学机械厂产品；50 t平板硫化机，烟台橡胶机械厂产品；M-3000A型无转子硫化仪、MV-3000型门尼粘度仪和RH-2000N型橡胶压缩生热试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；DXLL-5000型电子拉力试验机，上海登杰机械设备有限公司产品；GS-719N型邵氏硬度计，日本得乐公司产品；401A型老化试验机，上海市试验仪器总厂产品；阿克隆磨耗试验机，山东德瑞克仪器有限公司产品；RCC-Ⅰ型动态耐切割试验机，北京万汇一方科技发展有限公司产品；DMA＋1000型动态热机械分析仪，法国Metravib公司产品。

1.4 混炼工艺

1.4.1 小配合试验

胶料采用两段混炼工艺，一段混炼在1.5 L密炼机中进行，转子转速为65 r·min-1，混炼工艺为：生胶和小料（包括抗撕裂助剂EN-01）→压压砣30 s→炭黑→压压砣30 s（110 ℃）→芳烃油→压压砣→排胶（150 ℃）；二段混炼在开炼机上加硫黄和促进剂，薄通6次后下片。

1.4.2 大配合试验

胶料采用三段混炼工艺，均在GK270型密炼机中进行，一段混炼转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：生胶和小料（包括抗撕裂助剂EN-01）→压压砣30 s →炭黑→压压砣40 s（100℃）→芳烃油→压压砣（125 ℃）→提压砣→压压砣→排胶（150 ℃）；二段混炼转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→压压砣30 s→提压砣→压压砣40 s→提压砣→压压砣→排胶（150 ℃）；三段混炼转子转速为20 r·min-1，混炼工艺为：二段混炼胶、硫黄和促进剂→压压砣20 s→提压砣→压压砣30 s→提压砣→压压砣→排胶（105 ℃）。

1.5 性能测试

各项性能均按照相应国家标准或企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 抗撕裂助剂EN-01的理化性能

抗撕裂助剂EN-01的理化性能为：外观形态白色固体粉末，气味 无味，熔程 213～215 ℃，加热减量（102 ℃×2 h）0.08%，灰分质量分数（550 ℃）0.11%。

2.2 小配合试验

胶料小配合试验结果见表1。从表1可以看出：加入抗撕裂助剂EN-01后，胶料的门尼粘度升高，Fmax略有下降，t10和t90延长；硫化胶的硬度、300%定伸应力和抗切割体积百分比减小；拉断伸长率、拉断永久变形、撕裂强度和压缩生热增大；拉伸强度和阿克隆磨耗量基本不变。

表1 胶料小配合试验结果

从表1还可以看出：随着抗撕裂助剂EN-01用量的增大，硫化胶的拉断伸长率、拉断永久变形和压缩生热呈增大趋势；300%定伸应力和抗切割体积百分比呈减小趋势；硬度和撕裂强度基本不变。综合考虑，加入0.8～1份抗撕裂助剂EN-01后，胶料的综合物理性能提高较明显。考虑成本因素，选取抗撕裂助剂EN-01用量为0.8份的3#试验配方进行大配合试验。

2.3 大配合试验

胶料大配合试验结果见表2。

表2 胶料大配合试验结果

从表2可以看出，加入抗撕裂助剂EN-01后，胶料的Fmax略有下降，t10和t90延长，加工安全性提高，门尼粘度升高明显，说明加工性能变差；硫化胶的综合物理性能变化趋势与小配合试验结果一致，加入抗撕裂助剂EN-01后，硫化胶的其他物理性能满足使用要求的同时，撕裂强度明显提高，抗切割体积百分比明显减小，即抗撕裂和抗切割性能都得到提高。

2.4 动态生热

生产配方和3#试验配方胶料的损耗因子（tanδ）-应变（ε）曲线和损耗模量（G′）-ε曲线分别如图1和2所示。从图1和2可知：与生产配方胶料相比，3#试验配方胶料的tanδ略有下降，表明其滚动阻力降低；不同应变下胶料的G′下降较大，表明其Payne效应较强，炭黑的分散程度较生产配方胶料有所下降。

图1 胶料的tan δ-ε曲线

图2 胶料的G′-ε曲线

2.5 工艺性能

加入抗撕裂助剂EN01后，大配合试验混炼工艺需要额外增加一段回车混炼，胶料的门尼粘度方可达到工艺要求。采用3#试验配方胶料生产矿用载重轮胎时，缠绕挤出机挤出的胎面胶表面光滑、边缘整齐，尺寸符合工艺要求，缠绕工艺正常，硫化后的轮胎外观质量无缺陷，工艺性能良好。

3 结论

在矿用载重轮胎胎面胶中加入0.8份抗撕裂助剂EN-01，胎面胶的加工安全性提高，工艺性能受到影响，可以通过额外增加一段混炼解决；胎面胶的拉伸强度和耐磨性能基本不变，抗撕裂和抗切割性能明显提高，滚动阻力降低。

致谢：感谢大冢材料科技（上海）有限公司及部门同事对本研究工作给予的大力支持。