粘合樹(shù)脂KOTA在全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠中的應(yīng)用

李再琴，姬貝貝，裴 昆，王 云

（1.黃果樹(shù)輪胎有限公司，廣西 南寧 530000；2.八億橡膠有限責(zé)任公司，山東 棗莊 277800）

目前輪胎行業(yè)鍍銅鋼絲與橡膠的粘合體系主要有兩大類(lèi)，一類(lèi)是間苯二酚-甲醛-白炭黑體系；另一類(lèi)是以鈷鹽為基礎(chǔ)的粘合增進(jìn)劑，其配方中硫黃用量較大[1-3]。間苯二酚-甲醛-白炭黑體系中間苯二酚在煉膠過(guò)程中受熱會(huì)產(chǎn)生大量煙霧，對(duì)環(huán)境和工人健康造成極大危害，而且價(jià)格較高。為了解決間苯二酚冒煙問(wèn)題，輪胎企業(yè)廣泛使用間苯二酚-甲醛樹(shù)脂、間苯二酚-乙醛樹(shù)脂、間苯二酚-硬脂酸混合等替代間苯二酚-甲醛-白炭黑體系。間苯二酚-甲醛樹(shù)脂中仍存在游離間苯二酚，還會(huì)產(chǎn)生少量煙霧，而且其具有一定的吸濕性，易于聚集結(jié)塊，對(duì)自動(dòng)配料系統(tǒng)造成損壞[1]。

粘合樹(shù)脂KOTA是一種改性的非自固化酚醛類(lèi)粘合樹(shù)脂，用于促進(jìn)橡膠與骨架材料的粘合，可以替代間苯二酚及間苯二酚-甲醛樹(shù)脂，其不含游離間苯二酚，加工過(guò)程中不冒煙、不噴霜，無(wú)毒環(huán)保。粘合樹(shù)脂KOTA和亞甲基給予體（如甲醛、多聚甲醛、六亞甲基四胺、六甲氧基甲基密胺以及2-N-2-甲基-1-丙醇）反應(yīng)生成熱固性樹(shù)脂，可以明顯提高橡膠與鋼絲和纖維簾線(xiàn)的粘合性能。本工作研究粘合樹(shù)脂KOTA在全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠中的應(yīng)用，并與間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂進(jìn)行對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；炭黑N326，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品；0.37＋6×0.32ST鋼絲簾線(xiàn)，江蘇江陰貝卡爾特合金材料有限公司產(chǎn)品；粘合樹(shù)脂KOTA，上海麒祥化工科技有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR 100，炭黑N326 60，氧化鋅 8，新癸酸鈷 1，間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂1.5，粘合劑RA65 4，促進(jìn)劑DZ 1.3，不溶性硫黃OT20 6，其他 3.5。

試驗(yàn)配方以1.5份粘合樹(shù)脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂，配方其他組分及用量同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

F270型密煉機(jī)、F370型密煉機(jī)和Φ660型開(kāi)煉機(jī)，大連橡塑機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品；X（S）K-230型開(kāi)煉機(jī)和XLD-150T型平板硫化機(jī)，青島億朗橡膠裝備有限公司產(chǎn)品；UM-2050型門(mén)尼粘度儀和UR-2010SD型硫化儀，中國(guó)臺(tái)灣優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；LX-A型邵氏A型硬度計(jì)，江都市騰達(dá)試驗(yàn)儀器廠(chǎng)產(chǎn)品；3366型電子拉力機(jī)，英國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；401A型老化箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料采用兩段混煉工藝。一段混煉在X（S）K-230型開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，輥溫控制在（70±5） ℃，混煉工藝為：加入已經(jīng)塑煉好的NR進(jìn)行初步混煉，然后加入活性劑和防老劑等小料，待小料分散后，加入炭黑至混煉均勻后，再加入粘合樹(shù)脂和鈷鹽，混煉均勻后，打三角包3次、割膠3次，下片。一段混煉膠停放8 h后，采用X（S）K-230型開(kāi)煉機(jī)進(jìn)行二段混煉，混煉工藝為：加入一段混煉膠及硫黃、促進(jìn)劑和粘合劑RA65，控制輥筒溫度為（60±5） ℃，打三角包薄通6次，使硫化劑分散均勻，下片，得到厚度大約為2 mm的膠片備用。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料采用四段混煉工藝。一段混煉采用F370型密煉機(jī)，壓力為0.6 MPa，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，混煉工藝為：NR→壓壓砣（30 s）→小料、炭黑→壓壓砣（120 ℃）→提壓砣→壓壓砣（145 ℃）→提壓砣→排膠（160 ℃）。二段混煉采用F370型密煉機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠、小料和炭黑→壓壓砣（115℃）→提壓砣→壓壓砣（135 ℃）→提壓砣→排膠（155 ℃）。三段混煉采用F370型密煉機(jī)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：二段混煉膠→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（115 ℃）→提壓砣→壓壓砣（145 ℃）→提壓砣→排膠（150 ℃）。終煉在F270型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，壓力為0.5 MPa，混煉工藝為：三段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑和粘合劑RA65→壓壓砣（35 s）→提壓砣（30 s）→壓壓砣→排膠（100 ℃），膠料采用Φ660型開(kāi)煉機(jī)出片。

膠料采用平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為150℃×30 min。

1.5 性能測(cè)試

（1）膠料硫化特性和物理性能均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

（2）抽出力是由拉力機(jī)對(duì)T形試樣進(jìn)行抽出測(cè)試，取5個(gè)試樣的平均值，拉伸速率為10 mm·min-1。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

粘合樹(shù)脂KOTA和間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂的理化性能分別見(jiàn)表1和2。從表1和2可以看出，粘合樹(shù)脂KOTA和間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂的各項(xiàng)理化性能均滿(mǎn)足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，兩者在外觀(guān)、軟化點(diǎn)和pH值方面具有一致性。

表1 粘合樹(shù)脂KOTA的理化性能

表2 間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂的理化性能

2.2 小配合試驗(yàn)

2.2.1 門(mén)尼粘度和門(mén)尼焦燒時(shí)間

汽車(chē)制造企業(yè)都按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)的汽車(chē)，無(wú)疑是從源頭解決了汽車(chē)車(chē)內(nèi)空氣污染的問(wèn)題。但是我國(guó)新制造出廠(chǎng)的汽車(chē)中車(chē)內(nèi)空氣質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的居多，究其原因無(wú)非是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加大，為了提高競(jìng)爭(zhēng)力以次充好，使用劣質(zhì)原材料等。因此汽車(chē)制造企業(yè)需要加強(qiáng)自律，轉(zhuǎn)變思想，以質(zhì)量求生存，以科技提高競(jìng)爭(zhēng)力。

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的門(mén)尼粘度和門(mén)尼焦燒時(shí)間見(jiàn)表3。從表3可以看出，在全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠中用粘合樹(shù)脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂后，膠料的門(mén)尼粘度略微增大，門(mén)尼焦燒時(shí)間稍微縮短，加工安全性略有降低，但仍然能夠滿(mǎn)足加工要求。實(shí)際生產(chǎn)中可通過(guò)調(diào)整混煉工藝控制膠料的門(mén)尼粘度。

表3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的門(mén)尼粘度和門(mén)尼焦燒時(shí)間

2.2.2 硫化特性

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性見(jiàn)表4。從表4可以看出：在全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠中用粘合樹(shù)脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂后，膠料的FL和Fmax略高，主要是由于粘合樹(shù)脂KOTA是非自固化酚醛類(lèi)縮合樹(shù)脂，表面具有類(lèi)似補(bǔ)強(qiáng)樹(shù)脂的支化結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致膠料的硬度和模量均有提高；硫化速率變化較小。

表4 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性（150 °C）

2.2.3 物理性能

小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能見(jiàn)表5。從表5可以看出，在全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠中用粘合樹(shù)脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂后，硫化膠的密度、硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和鋼絲簾線(xiàn)抽出力相差不大。

表5 小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

2.3 大配合試驗(yàn)

2.3.1 門(mén)尼粘度和門(mén)尼焦燒時(shí)間

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的門(mén)尼粘度和門(mén)尼焦燒時(shí)間見(jiàn)表6。從表6可以看出，大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果具有一致性。

表6 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的門(mén)尼粘度和門(mén)尼焦燒時(shí)間

2.3.2 硫化特性

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性見(jiàn)表7。從表7可以看出，大配合試驗(yàn)?zāi)z料的FL，F(xiàn)max和t10變化趨勢(shì)與小配合試驗(yàn)結(jié)果一致，t60和t90略有延長(zhǎng)。

表7 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性（150 °C）

2.3.3 物理性能

大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能見(jiàn)表8。從表8可以看出，大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果具有一致性。

表8 大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

2.4 工藝性能

在全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠中用粘合樹(shù)脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂后，膠料在混煉、壓延過(guò)程中的刺激性氣味基本消失，煙霧量明顯減小，帶束層簾布停放7 d后未發(fā)現(xiàn)噴霜現(xiàn)象，同時(shí)其他工藝性能較好。

2.5 成品輪胎性能

采用試驗(yàn)配方膠料試制12R22.5 18PR全鋼載重子午線(xiàn)輪胎，并按GB/T 4501—2008《載重汽車(chē)輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行耐久性試驗(yàn)，試驗(yàn)速度為55 km·h-1，按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定行駛47 h后，每行駛10 h試驗(yàn)負(fù)荷增大10%，直至輪胎損壞為止。成品輪胎的耐久性試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 成品輪胎耐久性試驗(yàn)結(jié)果

從表9可以看出，試驗(yàn)輪胎的耐久性能與生產(chǎn)輪胎相當(dāng)，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)輪胎破壞部位并非帶束層位置，耐久性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.6 成本分析

由于粘合樹(shù)脂KOTA的價(jià)格較間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂低，在全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠中用粘合樹(shù)脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂后，每千克膠料成本降低了0.65元，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

在全鋼載重子午線(xiàn)輪胎帶束層膠中用粘合樹(shù)脂KOTA等量替代間苯二酚-甲醛粘合樹(shù)脂，膠料的門(mén)尼粘度略大，焦燒時(shí)間稍短，F(xiàn)L和Fmax略高，硫化速率變化較??；硫化膠的密度、硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和鋼絲簾線(xiàn)抽出力相差不大；膠料在混煉、壓延過(guò)程中的刺激性氣味基本消失，煙霧量明顯減?。怀善份喬サ哪途眯阅芟喈?dāng)，均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求；同時(shí)可以降低膠料成本。