鄧 旺,呂 強
(貴州輪胎股份有限公司,貴州 貴陽 550008)
胎體膠是工程機械輪胎的主要受力部件,隨著工程機械輪胎負載量提高、使用壽命延長、路況條件愈加苛刻,對胎體的性能要求越來越高。工程機械輪胎的胎體膠應滿足加工性能好、自粘性好、簾線-橡膠粘合性能好等要求。傳統(tǒng)混煉工藝制備工程機械胎體膠生產(chǎn)效率較低,膠料性能有待進一步改進[1]。
本工作通過改進工程機械輪胎胎體膠混煉工藝,研究混煉工藝改進對混煉效率和膠料性能的影響。
天然橡膠(NR),SCR5,云南高深集團有限公司產(chǎn)品;1400dtex/2錦綸66簾線,河南神馬實業(yè)股份有限公司;炭黑N330和N660,曲靖眾一精細化工有限公司產(chǎn)品;塑解劑SJ-103,武漢徑河化工有限公司產(chǎn)品。
F-270型密煉機和XK-660型開煉機,大連冰山橡塑股份有限公司產(chǎn)品;XM-140型密煉機,益陽橡膠塑料機械集團有限公司產(chǎn)品;XLB-0型平板硫化機,青島巨融機械技術(shù)有限公司產(chǎn)品;MFR-100A型多功能無轉(zhuǎn)子硫化儀和VSMV-100B型可變速門尼粘度計,上海諾甲儀器儀表有限公司產(chǎn)品;RPA2000橡膠加工分析儀,美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;T2000E型電子拉力機,北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品。
NR,100;炭黑N330,20;炭黑N660,15;白炭黑,5;氧化鋅,5;硬脂酸,2;硫黃,1.7;促進劑,1.8;防老劑,3;塑解劑,0.3;芳烴油,5;其他,5;合計,163.8。
1.4.1 改進前
混煉工藝改進前膠料混煉分3段進行。
一段和二段混煉均在F270型密煉機中進行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速40 r·min-1,密煉室初始溫度80 ℃。一段混煉工藝為:生膠→炭黑和白炭黑→小料→芳烴油→排膠(160 ℃);二段混煉工藝為:一段混煉膠→排膠(160 ℃)。
三段混煉在XM-140型密煉機中進行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速20 r·min-1,密煉室初始溫度60 ℃。混煉工藝為:二段混煉膠→硫黃和促進劑→排膠至XK-660型開煉機上薄通下片。
該混煉工藝的主要問題是混煉效率低,每車二段混煉膠需要1車一段混煉膠,一段和二段混煉膠都占用較多的場地,轉(zhuǎn)運過程較繁瑣。
1.4.2 改進后
混煉工藝改進后膠料混煉分3段進行。
一段和二段混煉均在F270型密煉機中進行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速40 r·min-1,密煉室初始溫度80 ℃。一段混煉工藝為:生膠→炭黑N330和白炭黑→塑解劑和3份芳烴油→排膠(165 ℃);二段混煉工藝為:一段混煉膠→炭黑N660→小料→2份芳烴油→排膠(160 ℃)。
三段混煉在XM-140型密煉機中進行,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速20 r·min-1,密煉室初始溫度60 ℃?;鞜捁に嚍椋憾位鞜捘z→硫黃和促進劑→排膠至XK-660型開煉機上薄通下片。
改進工藝主要調(diào)整了一段和二段混煉的加料順序,將炭黑分2段加入,這樣可以提高一段混煉膠的密煉機填充率和混煉效率,每車二段混煉膠僅需0.84車一段混煉膠;將防老劑和塑解劑分開加入,這是由于防老劑在混煉過程中易產(chǎn)生自由基,會終止塑解劑與橡膠大分子之間的自由基反應,使塑解劑失效,防老劑與塑解劑分開加入,可以保護塑解劑的效能,降低一段和二段混煉膠的門尼粘度,改善膠料加工性能。
混煉膠自粘性試驗按照文獻[2]進行,其它膠料性能測試按照相應國家標準進行。
混煉工藝改進前后的一段和二段混煉工藝參數(shù)見表1。
表1 混煉工藝改進前后的一段和二段混煉工藝參數(shù)
從表1可以看出,與混煉工藝改進前混煉膠相比,混煉工藝改進后的一段和二段混煉膠門尼粘度降低,二段混煉膠的混煉時間延長,混煉能耗增大。由于改進后每生產(chǎn)1車二段混煉膠只需0.84車一段混煉膠,二段混煉膠的生產(chǎn)效率提高,以生產(chǎn)100車2段混煉膠計,改進前生產(chǎn)能耗為3670 kW·h,改進后生產(chǎn)能耗為3556.4 kW·h,總能耗下降3.09%。
混煉工藝改進前后的膠料物理性能見表2。從表2可以看出,與混煉工藝改進前膠料相比,混煉工藝改進后膠料的門尼粘度降低,硫化特性變化不大,硬度、定伸應力、拉伸強度和撕裂強度相當,H抽出力明顯增大,這是因為膠料門尼粘度降低,流動性增大,更容易浸潤簾線表面,因此簾線和膠料的粘合強度提高。
表2 混煉工藝改進前后的膠料物理性能
混煉工藝改進前后的混煉膠自粘性見表3,試樣測試后的剝離面外觀見圖1。
圖1 試樣測試后的剝離面外觀
表3 混煉工藝改進前后的混煉膠自粘性
從表3和圖1可以看出:與混煉工藝改進前混煉膠相比,混煉工藝改進后混煉膠的剝離力和剝離能明顯增大;混煉工藝改進前試樣剝離面為粘合界面,剝離面非常光滑,而混煉工藝改進后試樣的粘合面融合在一起,剝離面凹凸不平,說明混煉膠的自粘性顯著提高。
用RPA2000橡膠加工分析儀對混煉膠進行頻率掃描[3-4],得到頻率-損耗因子(tanδ)關(guān)系曲線,見圖2。從圖2可以看出,與混煉工藝改進前混煉膠相比,混煉工藝改進后混煉膠的tanδ較大,即粘彈比[粘性模量(G″)/彈性模量(G′)]較大,說明在剪切過程中,混煉工藝改進后混煉膠的G′下降更快,膠料更容易流動,有利于壓延。
圖2 混煉膠掃描頻率-tanδ的關(guān)系曲線
用RPA2000橡膠加工分析儀對混煉膠進行時間掃描,得到時間-轉(zhuǎn)矩下降率的關(guān)系曲線,見圖3。從圖3可以看出,隨著掃描時間延長,與混煉工藝改進前混煉膠相比,混煉工藝改進后混煉膠轉(zhuǎn)矩下降率較大,說明混煉膠松弛速度較快,這樣可以使壓延半成品在后續(xù)停放過程中不易發(fā)生收縮變形,即壓延半成品的尺寸穩(wěn)定性好。
圖3 混煉膠掃描時間-轉(zhuǎn)矩下降率的關(guān)系曲線
(1)改進胎體膠的混煉工藝,調(diào)整一段和二段混煉的加料順序:炭黑分2段加入,提高一段混煉的生產(chǎn)效率;防老劑和塑解劑分開加入,保護塑解劑的效能,降低膠料的門尼粘度,改善加工性能。
(2)與混煉工藝改進前膠料相比,混煉工藝改進后膠料的門尼粘度降低,硫化特性變化不大,H抽出力明顯增大,自粘性顯著提高。
(3)與混煉工藝改進前膠料相比,混煉工藝改進后膠料的流動性好,有利于壓延,壓延半成品的尺寸穩(wěn)定性好。