液相混煉母膠在泥地越野輪胎胎面膠中的應(yīng)用

王玉海，張 琳，劉 震，楊 昆

（怡維怡橡膠研究院有限公司，山東 青島 266045）

與公路（HT）輪胎和全地形（AT）輪胎相比，泥地（MT）輪胎有非常鮮明的越野風(fēng)格，其胎面有很大很深的縱橫溝槽，以確保SUV可以在泥地里慢速排泥或高速甩泥，甚至在一些路況惡劣的地面上也有較大的抓著力。越野輪胎不僅限于一般公路上使用，還要在松軟的土壤或沙質(zhì)地帶順利通過(guò)，有時(shí)還要爬越陡峭的坡地，穿越各種棱角尖銳的石子路面[1]，因此要求胎面膠具有良好的耐磨性能、抗撕裂性能、抗刺扎性能、耐疲勞性能、耐老化性能和動(dòng)態(tài)性能[2-5]。MT越野輪胎胎面膠配方的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括：生膠以天然橡膠（NR）為主、填料使用中超耐磨或超耐磨低結(jié)構(gòu)炭黑、采用高硫低促硫化體系及適當(dāng)提高撕裂強(qiáng)度等。

本工作采用液相混煉母膠（由橡膠/填料/配合劑等在液相條件下均勻混合而成）開發(fā)MT越野輪胎胎面膠，以期提高M(jìn)T越野輪胎的性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

液相混煉母膠[組分為NR 60，溶聚丁苯橡膠（SSBR） 30，順丁橡膠（BR） 10，白炭黑1165MP 80，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，防老劑RD 1，防老劑4020 2]，怡維怡橡膠研究院有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，大連氧化鋅廠產(chǎn)品；硬脂酸，馬來(lái)西亞立成有限公司產(chǎn)品；防老劑RD，中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；防老劑4020，江蘇圣奧化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品；硫黃，臨沂市羅莊區(qū)湖濱區(qū)化工廠產(chǎn)品；促進(jìn)劑CBS，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方：液相混煉母膠 188.5，硫黃/促進(jìn)劑CBS 3.5。

參比配方：NR 35，乳聚丁苯橡膠（ESBR）65，炭黑N220 60，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，防老劑RD 1，防老劑4020 2，硫黃/促進(jìn)劑CBS 3.5。

參比配方為生產(chǎn)配方，試驗(yàn)配方是根據(jù)MT越野輪胎和液相混煉母膠特點(diǎn)而專門設(shè)計(jì)的。

1.3 主要設(shè)備和儀器

F270和F370型密煉機(jī)，軟控股份有限公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品；XLB-D600×600型平板硫化機(jī)，浙江湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；M2000AN型流變儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；GT-7080S2型門尼粘度儀、RH-2000型橡膠壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)、GT-7042-RE回彈性測(cè)試儀、AI-3000型橡膠拉伸試驗(yàn)機(jī)和GT-7011-D型拉伸疲勞試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；H17A/PC型邵A硬度計(jì)，英國(guó)華萊士公司產(chǎn)品；FT-1515型屈撓龜裂試驗(yàn)機(jī)，江都市新真威試驗(yàn)機(jī)械有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 試驗(yàn)配方膠料

液相混煉母膠的制備。在橡膠溶液中，加入白炭黑、氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD和防老劑4020，混合分散均勻后加入凝聚器內(nèi)凝聚，然后脫溶劑并干燥得到液相混煉母膠。

終煉膠的制備。終煉在F270型密煉機(jī)中進(jìn)行，容量約為210 kg，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：液相混煉母膠、硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣（30 s）→提壓砣→壓壓砣→排膠（105 ℃）。

1.4.2 參比配方膠料

母膠的制備。母膠混煉在F370型密煉機(jī)中進(jìn)行，容量約為330 kg，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1，壓砣壓力為0.6 MPa，混煉工藝為：生膠→壓壓砣（30 s）→提壓砣→炭黑→壓壓砣（50 s）→提壓砣→氧化鋅、硬脂酸、防老劑RD、防老劑4020→壓壓砣（40 s）→提壓砣→壓壓砣→排膠（150 ℃）。

終煉膠的制備方法同試驗(yàn)配方。

1.5 性能測(cè)試

膠料的各項(xiàng)性能均按照相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。成品輪胎高速性能和耐久性能按照GB/T 4501—2016進(jìn)行測(cè)試，滾動(dòng)阻力系數(shù)按照ISO 28580—2018進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 門尼粘度、門尼焦燒時(shí)間和硫化特性

表1示出了試驗(yàn)配方和參比配方混煉膠的門尼粘度、門尼焦燒時(shí)間和硫化特性。

由表1可以看出，試驗(yàn)配方和參比配方混煉膠的門尼粘度、門尼焦燒時(shí)間和t90相差很大，表明加工性能差異很大，試驗(yàn)配方混煉膠的t90大幅縮短，表明硫化速率加快，這是液相混煉母膠的特性之一。

表1 混煉膠的門尼粘度、門尼焦燒時(shí)間和硫化特性

2.2 物理性能

表2示出了試驗(yàn)配方和參比配方硫化膠的物理性能。

表2 硫化膠的物理性能

由表2可以看出，與參比配方硫化膠相比，試驗(yàn)配方硫化膠在拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度方面有較明顯的優(yōu)勢(shì)，但拉斷伸長(zhǎng)率降低。300%定伸應(yīng)力與100%定伸應(yīng)力的比值用來(lái)表征聚合物-填料的相互作用，比值越大，相互作用越強(qiáng)，試驗(yàn)配方硫化膠中聚合物-填料相互作用強(qiáng)于參比配方硫化膠。

2.3 動(dòng)態(tài)性能

表3示出了試驗(yàn)配方和參比配方硫化膠的動(dòng)態(tài)性能，tanδ為損耗因子。

表3 動(dòng)態(tài)性能

由表3可以看出，試驗(yàn)配方硫化膠的動(dòng)態(tài)性能優(yōu)于參比配方硫化膠，其回彈值大、生熱低、60 ℃時(shí)的tanδ大幅降低，10萬(wàn)次拉伸疲勞性能明顯優(yōu)于參比配方硫化膠，30萬(wàn)次屈撓龜裂性能相當(dāng)。

2.4 工藝性能

表4示出了試驗(yàn)配方和參比配方膠料的擠出工藝參數(shù)。圖1示出了試驗(yàn)配方和參比配方膠料的擠出胎面斷面。圖2示出了試驗(yàn)配方膠料擠出胎面成型后接頭狀況。

表4 胎面膠擠出工藝參數(shù)

圖1 擠出胎面斷面

圖2 試驗(yàn)配方膠料擠出胎面成型后接頭狀況

從圖1可以看出，試驗(yàn)配方膠料擠出胎面外觀無(wú)異常，但與參比配方膠料擠出胎面相比，其表面略顯粗糙，這是由于液相混煉母膠的結(jié)合膠含量高所致，也是液相混煉母膠的一個(gè)特點(diǎn)。從圖2可以看出，試驗(yàn)配方膠料擠出胎面成型后接頭狀況良好，沒(méi)有開裂。

2.5 成品性能

采用試驗(yàn)配方和參比配方胎面膠生產(chǎn)LT245/75R16輪胎，進(jìn)行成品性能測(cè)試。

圖3示出了采用試驗(yàn)配方胎面膠生產(chǎn)的成品輪胎外觀。從圖3可以看出，采用試驗(yàn)配方胎面膠生產(chǎn)的成品輪胎外觀良好。

圖3 用試驗(yàn)配方胎面膠生產(chǎn)的成品輪胎外觀

表5示出了成品輪胎的高速性能、耐久性能和滾動(dòng)阻力測(cè)試結(jié)果。從表5可以看出，試驗(yàn)輪胎和參比輪胎的高速性能和耐久性能都達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，雖然試驗(yàn)輪胎的高速性能和耐久性能略遜于參比輪胎，但是其滾動(dòng)阻力系數(shù)大幅減小，滾動(dòng)阻力降低。

表5 成品輪胎高速性能、耐久性能和滾動(dòng)阻力測(cè)試結(jié)果

2.6 實(shí)際道路試驗(yàn)

將試驗(yàn)輪胎裝配于江鈴陸風(fēng)SUV越野車進(jìn)行實(shí)際道路測(cè)試，如圖4所示。結(jié)果表明：相同行駛距離試驗(yàn)輪胎花紋溝平均磨耗量為1.46 mm（測(cè)量點(diǎn)選取見(jiàn)圖5），參比輪胎為2.12 mm；試驗(yàn)輪胎每行駛1萬(wàn)km的平均磨耗量為1.18 mm，參比輪胎為1.71 mm。與參比輪胎相比，試驗(yàn)輪胎的實(shí)際耐磨性能大幅提高，增幅超過(guò)30%。截至目前，路試還未結(jié)束，輪胎未出現(xiàn)損壞情況，后續(xù)將繼續(xù)跟蹤觀察。

圖4 裝配試驗(yàn)輪胎的實(shí)際道路測(cè)試車輛

圖5 測(cè)量點(diǎn)選取

3 結(jié)論

（1）與參比配方膠料相比，采用液相混煉母膠的膠料門尼焦燒時(shí)間短，硫化速率快。

（2）與參比配方膠料相比，采用液相混煉母膠的硫化膠在拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度方面有較明顯的優(yōu)勢(shì)，且回彈值大，生熱低，60 ℃時(shí)的tanδ大幅降低，耐拉伸疲勞性能提高。

（3）采用液相混煉母膠的試驗(yàn)配方膠料因結(jié)合膠含量較高，擠出胎面表面正常但略顯粗糙，成型后接頭狀況良好。

（4）試驗(yàn)輪胎的高速性能和耐久性能略差于參比輪胎，但滾動(dòng)阻力明顯減小，在耐磨性能方面優(yōu)勢(shì)非常明顯。

致謝：在試驗(yàn)測(cè)試中得到我公司PCR室同事的支持以及思通試驗(yàn)室的幫助，在此表示感謝！