目前普遍存在的高速和超载的汽车运行状况对载重斜交轮胎的内在质量提出了更高的要求,特别是要避免其在长时间行驶过程中由于疲劳变形而产生的热量使胶料界面及胶料与帘线结合面产生破坏所导致的肩空现象。我厂生产的斜交轮胎各部件的定伸应力由内层到胎冠依次增加(呈“阶梯形”),但由于原来内、外层胶料的定伸应力较低(内层胶料在4～5ＭＰａ,外层胶料在6ＭＰａ左右),与缓冲层胶料定伸应力(10ＭＰａ左右)相差较大,使轮胎在行驶中极易因刚性不足而产生过度变形。因此有必要对轮胎的内、外层胶料配方进行重新设计,适当提高胶料的定伸应力。
原来轮胎的内、外层胶料配方采用普通硫化体系,其正硫化时的交联结构以多硫键为主,而多硫键键能小、不稳定、易发生变化,故其耐热老化性能较差,在轮胎使用过程中容易出现硫化返原现象,从而影响轮胎的实际使用寿命。为此,我们决定在轮胎内、外层胶料配方中采用半有效硫化体系,其交联键以单硫键和双硫键为主,从而降低胶料的生热,改善胶料的热稳定性和抗硫化返原性;同时提高了胶料的定伸应力,故在不增大炭黑用量的前提下能使内、外层胶料的定伸应力有所提高,达到设计要求。在选择半有效硫化体系时选用了硫化剂ＤＴＤＭ与促进剂ＮＯＢＳ并用。硫化剂ＤＴＤＭ硫质量分数约为0 27,在硫化温度下能分解出活性硫,且操作安全,与某些常用硫化剂并用时可提高硫化速度。
1 实验
1.1 原材料
ＮＲ,牌号ＳＩＲ20#,印度尼西亚进口产品;ＢＲ,北京燕山石油化工公司产品;ＳＢＲ,牌号1500,吉林化学工业有限公司产品;ＳＢＲ,牌号1712,兰州化学工业公司产品;硫化剂ＤＴＤＭ,上海京海化工有限公司产品;促进剂ＮＯＢＳ,浙江永嘉化工厂产品;60目精细胶粉,建德丰华橡塑再生有限公司产品;其它原材料为橡胶工业常用材料。
1.2 基本配方
1.2.1 外层胶料配方
(1)配方Ａ(原配方):ＮＲ 90;ＳＢＲ1500 10;硫黄及促进剂(Ｍ+ＤＭ+ＴＭＴＤ) 3. 7;炭黑(Ｎ330+半补强+Ｎ660) 40;软化剂 5;防老剂 2.5;其它 7.7,合计 158.9。 (2)配方Ｂ:ＮＲ 90;ＳＢＲ1500 10;硫黄、硫化剂ＤＴＤＭ及促进剂(ＮＯＢＳ+Ｍ) 3.37;炭黑(Ｎ330+半补强+Ｎ660)及白炭黑 41;软化剂 5;防老剂 2.5;其它 7.7,合计 159 57。
(3)配方Ｃ:ＮＲ 90;ＳＢＲ1500 10;硫黄、硫化剂ＤＴＤＭ及促进剂(ＮＯＢＳ+Ｍ) 3 37;炭黑(Ｎ330+半补强+Ｎ660) 40;软化剂 5;防老剂 2.5;其它 7.7,合计 158.57。
(4)配方Ｄ:ＮＲ 90;ＳＢＲ1500 10;硫黄、硫化剂ＤＴＤＭ及促进剂(ＮＯＢＳ+Ｍ) 3 37;炭黑(Ｎ326+半补强+Ｎ660)及白炭黑 41;软化剂 5;防老剂 2.5;其它 7.7,合计 159 57。
(5)配方Ｅ:ＮＲ 90;ＳＢＲ1500 10;硫黄、硫化剂ＤＴＤＭ及促进剂(ＮＯＢＳ+Ｍ) 3.37;炭黑(Ｎ326+半补强+Ｎ660) 40;软化剂 5;防老剂 2.5;其它 7.7,合计 158 57。
1.2.2 内层胶料配方
(1)配方Ａ′(原配方):ＮＲ 80;ＢＲ 10;ＳＢＲ1500 10;硫黄及硫化剂(Ｍ+ＤＭ+ＴＭＴＤ) 3 46;炭黑(Ｎ330+Ｎ660+半补强+ＭＴ) 43;软化剂 7;防老剂 2 8;其它 7 25,合计 163 51。
(2)配方Ｂ′:ＮＲ 80;ＢＲ 10;ＳＢＲ1500 10;硫黄、硫化剂ＤＴＤＭ及促进剂(ＮＯＢＳ+Ｍ) 3.14;炭黑(Ｎ330+Ｎ660+半补强+ＭＴ) 43;软化剂 5;防老剂 2.8;其它 7 7,合计 161 64。
(3)配方Ｃ′:ＮＲ 80;ＢＲ 10;ＳＢＲ1500 10;硫黄、硫化剂ＤＴＤＭ及促进剂(ＮＯＢＳ+Ｍ) 3 14;炭黑(Ｎ326+Ｎ660+半补强) 38;胶粉 5;软化剂 5;防老剂 2 8;其它 7 7,合计 161 64。
(4)配方Ｄ′:ＮＲ 80;ＢＲ 10;ＳＢＲ1712 10;硫黄、硫化剂ＤＴＤＭ及促进剂(ＮＯＢＳ+Ｍ) 3 34;炭黑(Ｎ326+Ｎ660+半补强+ＭＴ) 43;胶粉 5;软化剂 5;防老剂 2.8;其它 7.7,合计 166 84。
1.3 主要设备和仪器
150ｍｍ×320ｍｍ开炼机,无锡市橡胶塑料机械厂产品;ＸＭ 140密炼机,大连冰山橡塑股份有限公司产品;50ｔ液压平板硫化机,浙江平湖和孚橡胶厂产品;Ｒ100Ｅ硫化仪,北京市友深电子仪器厂产品;ＷＧＪ 2500Ｂ微机控制光跟踪拉力试验机,广西师范大学秀峰电器厂产品;ＴＷＣ 2 Ｔ/Ｂ(Ｙ)轮胎耐久性试验机,天津久荣车轮技术有限公司产品。
1.4 胶料制备
(1)室内小配合试验胶料采用开炼机进行混炼。加料顺序为:生胶→防老剂、细料→炭黑→油→促进剂、硫化剂、硫黄。薄通3次后放宽辊距下片备用。
(2)车间大配合试验胶料采用密炼机进行一段混炼,其混炼工艺为:生胶2ｍｉｎ细料、1/2炭黑3ｍｉｎ1/2炭黑、油3ｍｉｎ促进剂、硫化剂1ｍｉｎ排胶。
硫黄在压片机上加入。
1.5 性能测试
胶料物理性能按相应国家标准测定。
2 结果与讨论
2.1 外层胶料试验
2.1.1 小配合试验
配方Ｂ,Ｃ,Ｄ和Ｅ均为采用硫化剂ＤＴＤＭ和促进剂ＮＯＢＳ的半有效硫化体系,硫黄用量大大减小。为降低胶料的生热,配方Ｂ和Ｄ中还加入了少量沉淀法白炭黑;为适当降低生热,配方Ｄ和Ｅ中将Ｎ330炭黑换成Ｎ326炭黑。外层胶料小配合试验结果见表1。
从表1可以看出,与原配方相比,4个试验配方胶料的300%定伸应力均有较大幅度的提高,基本达到9ＭＰａ的设计要求。并且由于采用ＤＴＤＭ半有效硫化体系,延长了焦烧时间,改善了胶料的加工性能。
2.1.2 车间大配合试验
通过小配合试验,选取配方Ａ,Ｄ和Ｅ进行车间大配合试验,帘布胶料在四辊压延机上压延时,试验配方工艺性能比原配方胶料有所改善,在同等工艺条件下,帘布压延温度有所降低,且过去时有的熟皮现象也基本消失。试验结果见表2。
从表2可以看出,胶料的物理性能基本与小配合试验相同,且胶料与帘线的粘合强度均比原配方有所提高,焦烧时间也延长了。配方Ｄ与Ｅ相比,两者物理性能相差不大,考虑配料工艺的操作方便,确定将配方Ｅ进行扩大试验,经过1个月的试验反映效果颇佳,最后该配方在1999年年底正式投入生产。
2.2 内层胶料试验
2.2.1 小配合试验
按外层配方的设计思路,对内层配方也进行了调整,其小配合试验结果见表3。由于硫化剂ＤＴＤＭ较贵,为了获取较佳的经济效益,进行ＳＢＲ、胶粉和ＭＴ的对比试验,其中配方Ｄ成本最低,且从表3可以看出,配方Ｄ胶料的物理性能满足要求。
2.2.2 车间大配合试验
通过小配合试验确定配方Ｄ进行车间大配合试验,试验结果见表4。从表4可以看出,配方Ｄ胶料的各项物理性能均符合要求。配方Ｄ在2000年4月正式投入生产。
3 成品性能
配方变动后成品轮胎性能试验结果分别见表5和6。从表5和6可以看出,采用配方Ｄ的成品轮胎的机床运行时间比原配方提高近20ｈ;9 00-2016ＰＲ规格成品轮胎的帘布层间的粘合强度基本上也比原配方略有提高。
4 经济效益
调整配方后,我厂2000年的退赔金额比上年降低了1000多万元,其中因配方变动而减少的退赔金额在200万元以上,可见采用新配方有着良好的经济效益和社会效益。
5 结论
(1)内外层胶料配方采用ＤＴＤＭ半有效硫化体系,提高胶料的定伸应力,使整个轮胎定伸应力配置更加合理。由于适当提高了胎体的刚性,减小肩部的应变,降低生热,有效降低肩空病疵,全年由此减少退赔额在200万元以上。
(2)由于采用新的硫化体系和低生热炭黑,延长了胶料的焦烧时间,改善生产过程中的加工工艺,减少消耗,降低生产成本。致谢:本工作得到骆光祥工程师的大力协助,特此表示衷心感谢。 |
