随着我国汽车工业和高速公路的快速发展，轮胎工业也得到了迅猛发展。但钢丝圈挂胶在使用过程中偶尔存在露铜、散圈、覆胶工艺性能差的问题，造成大量钢丝的报废。
本文主要研究补强树脂SP6701、N375炭黑在全钢载重子午线轮胎胎圈钢丝挂胶中代替部分N660炭黑的应用效果。
一、实验
1.主要原材料
NR，SMR20，马来西亚产品；SBR，牌号1500，中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司；炭黑N375，江西黑猫炭黑股份有限公司；炭黑N660,曲靖众一精细化工股份有限公司；SP6701，圣莱科特化工（上海）有限公司；HMT，辽宁海城市双利橡胶助剂厂。
2.配方
生产配方：NR 20，SBR 80，炭黑N660 95，硫黄 20，防老剂4020/RD 2，促进剂M 1.8，氧化锌 2，硬脂酸 1.5，其它28.8。
试验配方如表1所示。
表1 试验配方
|
组分 |
试验配方 |
||
|
1# |
2# |
3# |
|
|
NR |
20 |
20 |
20 |
|
SBR1500 |
80 |
80 |
80 |
|
N660 |
60 |
55 |
50 |
|
N375 |
15 |
20 |
20 |
|
SP6701 |
4 |
4 |
4 |
|
HMT |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
注：其余组分用量同生产配方。
3.主要设备与仪器
XK-160型开炼机，广东湛江机械厂；XM370型密炼机，大连橡塑机械股份有限公司；GK255型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司；50t平板硫化机，上海第一橡胶机械厂； UM-2050型门尼粘度仪、UR-2010型无转子硫化仪、UD-3500型炭黑分散仪和UT-2060型电子拉力试验机，台湾优肯科技股份有限公司；Y401A型热老化试验箱，江都市天源试验机械有限公司。
4.试样制备
小配合试验胶料分两段在开炼机上混炼，一段混炼胶料顺序为：生胶→小料→炭黑→油 →下片；一段混炼胶停放4h后进行二段混炼，二段混炼加料顺序为：一段混炼胶→促进剂M、HMT、硫黄→下片。
大配合试验胶料分三段混炼工艺进行混炼。一段和二段混炼均在XM370型密炼机中进行，一段混炼转子转速为45r/min，加料顺序为：生胶→小料、3/4炭黑→油 →排胶；二段混炼转子转速为40r/min，加料顺序为：一段混炼胶→1/4炭黑→排胶；三段混炼在GK255型密炼机中进行，转子转速为30r/min，加料顺序为：二段混炼胶→促进剂、HMT、硫黄→排胶。
5.性能测试
胶料和轮胎各项性能均按相应国家标准或企业标准进行测定。
二、结果与讨论
1.小配合试验
小配合试验结果如表2所示。
表2 小配合试验结果
|
项 目 |
1#配方 |
2#配方 |
|||||||
|
硫化仪(150℃) |
|||||||||
|
ML/（dN·m） |
2.07 |
2.13 |
|||||||
|
MH/（dN·m） |
71.86 |
69.69 |
|||||||
|
t10/min |
2.50 |
2.58 |
|||||||
|
t90/min |
44.7 |
44.58 |
|||||||
|
门尼焦烧(127℃) |
|||||||||
|
t5/min |
6.50 |
6.72 |
|||||||
|
t35/min |
8.70 |
8.88 |
|||||||
|
炭黑分散度/级 |
7.6 |
7.4 |
|||||||
|
150℃×min |
30 |
40 |
50 |
30 |
40 |
50 |
|||
|
拉（以后都是改为“拉”）断强度/MPa |
16.9 |
17.4 |
19.3 |
16.2 |
16.6 |
18.4 |
|||
|
拉断伸长率/% |
206 |
188 |
192 |
190 |
173 |
180 |
|||
|
邵尔A型硬度/度 |
81 |
83 |
84 |
82 |
83 |
84 |
|||
|
密度/k(小写的)g·m-3 |
|
1.24 |
|
|
1.24 |
|
|||
|
钢丝抽出力/N |
|
1868 |
|
|
1766 |
|
|||
|
100℃×48h热老化后 |
|||||||||
|
拉断强度/ MPa |
|
15.7 |
|
|
14.9 |
|
|||
|
拉断伸长率/% |
|
125 |
|
|
97 |
|
|||
|
邵尔A型硬度/度 |
|
90 |
|
|
91 |
|
|||
|
钢丝抽出力/N |
|
1621 |
|
|
1443 |
|
|||
|
项 目 |
3#配方 |
生产配方 |
||||||||
|
硫化仪(150℃) |
||||||||||
|
ML/（dN·m） |
1.95 |
2.12 |
||||||||
|
MH/（dN·m） |
68.45 |
63.18 |
||||||||
|
t10/min |
2.56 |
2.93 |
||||||||
|
t90/min |
44.58 |
47.31 |
||||||||
|
门尼焦烧(127℃) |
||||||||||
|
t5/min |
6.60 |
6.48 |
||||||||
|
t35/min |
8.71 |
9.47 |
||||||||
|
炭黑分散度/级 |
7.4 |
7.3 |
||||||||
|
150℃×min |
30 |
40 |
50 |
30 |
40 |
50 |
||||
|
拉断强度/MPa |
15.5 |
15.3 |
17.1 |
15.8 |
16.3 |
17.2 |
||||
|
拉断伸长率/% |
177 |
163 |
176 |
182 |
170 |
173 |
||||
|
邵尔A型硬度/度 |
81 |
83 |
83 |
80 |
82 |
83 |
||||
|
密度/kg·m-3 |
|
1.23 |
|
|
1.25 |
|
||||
|
钢丝抽出来/N |
|
1706 |
|
|
1642 |
|
||||
|
100℃×48h热老化后 |
||||||||||
|
拉断强度/MPa |
|
13.8 |
|
|
14.1 |
|
||||
|
拉断伸长率/% |
|
88 |
|
|
103 |
|
||||
|
邵尔A型硬度/度 |
|
90 |
|
|
89 |
|
||||
|
钢丝抽出力/N |
|
1392 |
|
|
1337 |
|
||||
从表2可以看出，与生产配方相比，1#、2#、3#试验配方的胶料硫化速度、焦烧时间基本一致，炭黑分散度明显提高，1#、2#硫化胶的拉伸强度、扯断伸长率、钢丝抽出力明显提高，其中1#试验配方的综合性能比生产配方、2#、3#试验配方好。
2.大料试验
根据小配合试验结果，选取1#试验配方与生产配方做大配合试验，其结果如表3所示。
表3 大配合试验结果
|
项目 |
试验配方 |
生产配方 |
||||
|
门尼粘度[ML(1+4)100℃] |
45 |
50 |
||||
|
门尼焦烧时间（127℃）/min |
||||||
|
T5（改） |
6.32 |
7.49 |
||||
|
T35（改） |
8.31 |
10.21 |
||||
|
硫化仪数据（150℃） |
||||||
|
ML/(dN·m) |
2.69 |
2.29 |
||||
|
MH/(dN·m) |
68.73 |
58.77 |
||||
|
T10（改）/min |
2.55 |
3.42 |
||||
|
T90（改）/min |
44.22 |
48.10 |
||||
|
炭黑分散等级/级 |
7.6 |
7.1 |
||||
|
硫化时间（150℃）/min |
30 |
40 |
50 |
30 |
40 |
50 |
|
密度/mg·m-3 |
1.24 |
1.25 |
||||
|
邵尔A型硬度/度 |
81 |
84 |
84 |
80 |
82 |
83 |
|
拉伸强度/MPa |
16.4 |
17.6 |
19.1 |
15.3 |
15.9 |
17.3 |
|
拉断伸长率/% |
212 |
193 |
182 |
179 |
183 |
162 |
|
钢丝抽出力/N |
|
1822 |
|
|
1672 |
|
|
100℃×48h老化后 |
||||||
|
邵尔A型硬度/度 |
|
90 |
|
|
90 |
|
|
拉伸强度/MPa |
|
16.2 |
|
|
14.6 |
|
|
拉断伸长率/% |
|
118 |
|
|
97 |
|
|
钢丝抽出力/N |
|
1598 |
|
|
1320 |
|
从表3可以看出，大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。
3.混炼与挤出工艺性能
（1）试验配方与生产配方混炼相关参数（母炼胶）见表4。
表4 混炼工艺参数（母炼胶）
|
项 目 |
试验配方 |
生产配方 |
|
混炼能量/kWh |
14.4 |
15.2 |
|
排胶温度/℃ |
150 |
157 |
|
混炼时间/s |
136 |
150 |
|
下片情况 |
容易下片 |
胶料偶尔易断 |
表4的混炼工艺参数表明试验配方的混炼能量降低，混炼时间缩短，能耗减少，排胶温度降低，胶料更容易下片。
（2）钢丝圈挂胶工艺性能
使用试验配方和生产配方各生产了一批11.00R20钢丝圈，胶料挤出工艺参数见表5。
表5 压出工艺过程参数
|
项 目 |
试验配方 |
生产配方 |
|
挤出温度/℃ |
45～55 |
50～60 |
|
缠绕速度/rpm |
150 |
140 |
|
钢丝圈挂胶情况 |
挂胶情况好，没有露铜、散圈缺陷 |
挂胶情况差，偶尔存在露铜、散圈缺陷 |
表5的挤出工艺参数表明，试验配方胶料在生产11.00R20钢丝圈时，温度降低，速度提高，能耗减少，钢丝圈挂胶情况好，没有露铜、散圈现象发生。
4.成品性能
采用1#试验配方试制一批10.00R20 18PR全钢载重子午线轮胎，并进行耐久试验，结果如表6所示。
表6 成品轮胎耐久试验结果
|
项目 |
试验轮胎 |
生产轮胎 |
|
试验速度/km·h-1 |
55 |
55 |
|
累计行驶时间/h |
119 |
116 |
|
试验结束时轮胎状况 |
胎肩脱层 |
胎肩脱层 |
注：按GB/T 4501-2008要求行驶47h后，每10h负荷率增大10%，至150%时不再增加，直至轮胎损坏为止。
从表6可以看出，试验轮胎的耐久性能略好于生产轮胎，都超出国标要求。
三、结论
在全钢载重子午线轮胎钢丝圈挂胶中用SP6701和N375炭黑代替部分N660炭黑，胶料的门尼粘度降低，炭黑分散性提高，混炼工艺、挤出工艺明显改善，大大降低了生产能耗和过程损耗，硫化胶扯断强度提高，钢丝抽出力提高，成品轮胎耐久性能提高。
