轻型载重汽车斜交轮胎胎面胶配方的改进

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轻型载重汽车斜交轮胎胎面胶配方的改进
9 b% x! ]5 V5 {- U' d, L    随着我国高等级公路通车里程的提高，对汽车轮胎的高速行驶性能提出了越来越高的要求。要提高轮胎的高速性能，首先要降低轮胎的滚动阻力，胎面胶所在的位置和所占的体积决定它对轮胎滚动阻力的影响最大。据资料介绍，胎面胶所产生的滚动阻力占整个轮胎所产生滚动阻力的50%甚至更多一点，因此如何降低胎面胶滚动阻力是降低轮胎生热的关键。另外，低等级公路的存在又要求轮胎具有好的耐磨性能。由于以上多种因素的影响导致轻型载重汽车斜交轮胎在国内部分地区出现耐磨性能下降以及中后期肩空现象，造成退赔胎增多，退赔率居高不下。为解决不耐磨和肩空等质量问题，我们对胎面胶配方进行了改进。
$ k+ K, |1 n7 `" n0 ^   1 胎面胶配方方案的确定
   高耐磨、抗撕裂性能和低生热是衡量胎面胶的主要指标，围绕这几项指标主要从以下几方面进行了改进。
$ e* J0 \) k- x, e   1.1 生胶体系的选择
   胎面胶生胶体系是决定轮胎使用寿命的关键因素。顺丁胶的耐磨性能和低生热性能是通用橡胶中最好的。但是随着温度的升高，其耐磨性能逐渐下降，并且在使用中后期易出现崩花掉块现象。丁苯胶具有较好的抗压缩变形能力和抗刺扎性能，并且在较高温度下具有较好的耐磨性能。天然胶的综合性能良好，尤其是在较低的炭黑用量条件下仍能保持高拉伸强度，既可以降低生热，又可以保持胎面胶的耐磨性能不降低。因此胎面胶生胶体系由NR/BR/SBR(30/40/30)三胶并用调整为NR/BR/SBR(50/35/15)三胶并用，从而更有利于提高胎面胶的耐磨性能、抗刺扎性能、抗崩花掉块性能。适当降低丁苯胶的用量有利于降低胎面胶的滚动阻力，降低胎面胶生热。提高天然胶用量有利于提高胎面胶的抗撕裂性能。
   1.2 补强体系的品种及用量的选择
9 p+ F. c: @. V/ M   定伸应力和硬度是影响胎面胶耐磨性的关键因素，并且对耐磨性的影响因路面条件不同而有差异。在好路面条件下，较高的定伸应力和硬度有较好的耐磨性能，但是在坏路面上高定伸应力和高硬度则是产生磨粒磨损磨耗的条件。因此，如何适应我国的路面特征是每个配方工程师关注的问题。根据此性能要求，补强体系采用中超耐磨炭黑N220，适当降低炭黑的用量，总用量由58份降为53份，以达到降低生热的目的。
5 d' e! f0 x2 d* c! ^   1.3 软化体系的品种及用量的选择
   软化剂是改善胶料加工和工艺性能、降低胶料成本、提高硫化胶性能的重要操作助剂。软化剂应选用与橡胶相容性好、相对分子质量较大、不易挥发、组成适当、无毒并且能够提高硫化胶综合物理性能、降低胶料成本的品种。此次配方试验选用高芳烃油作为软化剂。高芳烃油有利于促进炭黑分散，降低胶料的门尼粘度，增大胶料的自粘性及提高硫化胶的耐磨性。
  x$ I/ }0 ]0 i   在低滚动阻力配方中，操作油的用量一般较小。操作油用量越大，其胎面胶的滚动阻力越高，生热越高，耐磨性下降。相反，操作油用量越小，胎面胶的滚动阻力越小，轮胎耐磨性有所提高。根据工艺要求，选用6份芳烃油。
+ d" W, A" G( A   1.4 硫化体系和操作助剂的选择
8 ]( e2 }4 `5 ?7 c+ c/ Q   硫化体系选用次磺酰胺类促进剂NOBS和硫黄，操作助剂选用郑州金山化工厂生产的均匀剂A-78，该产品可以促进胶料炭黑的分散，降低胶料门尼粘度和排胶温度，可以降低胎面挤出温度，减少胎面气孔，提高硫化胶耐磨性。
   1.5 配方
% N0 e' Q* ^" N# B7 G% `8 V9 {   均匀剂A-78，郑州金山化工厂产品，其余原材料均为市售工业级产品。
; i  f, I& h" e) S, P. n   试验配方：NR50，BR35，SBR15，氧化锌4，硬脂酸3，防老剂2.5，防护蜡1.5，N220炭黑53，芳烃油6，均匀剂A-78 1.5，硫化剂变量。
0 c6 h! U( c1 w3 Z   生产配方：NR 30，BR 40，SBR 30，氧化锌4，硬脂酸3，防老剂2.5，防护蜡1.0，炭黑58，芳烃油6，操作助剂3，硫化剂2.35，其它2，合计：181.85。
4 a3 a: H+ \: F% x! o8 r& S   2 结果与讨论
! G: e" Q1 @/ t) w   2.1 小配合试验
& \" R' c+ I5 b8 {   小配合试验结果见表1。从表1可以看出，在相同硫黄用量的条件下，随着促进剂用量的增加，胶料的焦烧时间基本相同，硫化速度呈增加趋势，硫化胶的300%定伸应力和硬度呈增加趋势，拉伸强度基本相同，胶料的扯断伸长率降低。如果促进剂用量相同，增加0.3份硫黄，则胶料的焦烧时间缩短，硫化速度明显增加，硫化胶的300%定伸应力和硬度明显增加，拉伸强度基本相同，胶料的扯断伸长率明显降低。从表1中还可以看出，1号和6号配方的回弹率明显低于2-5号配方，这可能是由于1号配方硫化胶交联密度不足，6号配方交联密度大造成的。100℃×24h老化后硫化胶性能的变化规律与老化前基本相同。
- v( r# H! @: e5 ~( J$ Z5 `   表1 汽车胎面胶小配合试验结果
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
   配方编号
  项目 ────────────────────────
   1 2 3
  ────────────────────────────────
  促进剂NOBS 0.8 0.9 1.0
  硫黄 1.2 1.2 1.2
  门尼粘度仪(120)
  t5(min) 49.93 50.05 48.58
  硫变仪(143℃)
$ {, U. m+ ]* d7 x0 Z  ML(N.m) 1.050 O.970 0.950
. w0 P, |; K( x1 F; U4 p7 n& t. m% [  MH(N.m) 2.660 2.640 2.609
7 \9 G/ t% u  x2 a2 r  T10(min) 12.50 12.00 12.35
  T90(min) 24.58 22.82 23.35
4 ~& K6 m" A! _: w+ `( h3 r5 k  VC(硫化速率) 7.614 8.287 8.196
& I9 E& f1 F3 o7 ^) _  143℃×min 30 40 30 40 30 40
  300%定伸应力(MPa) 7.2 8.1 7.8 9.3 8.5 9.3
  拉伸强度(MPa) 22.1 20.9 21.9 22.6 21.8 20.7
& n9 r2 L% z, ~  H) |  扯断伸长率(%) 645 600 640 590 590 550
% f( z% d$ ~4 A7 I* `7 M4 W# W. u) G  永久变形(%) 22 19 20 18 18 16
5 B! g2 u0 C3 ~  硬度(邵A)(度) 62 64 63 64 63 65
  磨耗(cm^3/1.61km) - 0.17 - 0.13 - 0.17
  回弹率(%) - 34 - 40 - 40
  100℃×24h老化后性能
  s' u+ }( C2 F+ t+ {1 b0 q  300%定伸应力(MPa) - 11.6 - 11.0 - 12.0
  拉伸强度(MPa) - 21.6 - 21.2 - 19.9
  扯断伸长率(%) - 500 - 508 - 475
  永久变形(%) - 14 - 15 - 15
8 G. |2 ?& ]; m' G2 p& m  硬度(邵A)(度) - 67 - 67 - 67
  k- n! C8 E1 D. ]1 f  磨耗(cm^3/1.61km)- 0.23 - 0.20 - 0.23
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
, |. c2 E' W8 {━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
   配方编号
  项目 ───────────────────────
" C; |. k& J# b/ r" i   4 5 6
  ─────────────────────────────────
+ J0 W! |! p2 t6 M7 @  X) G  促进剂NOBS 0.8 0.9 1.0
0 P4 x+ ^' {- w4 Z  硫黄 1.5 1.5 1.5
% v: V- x  E, j! J; l  门尼粘度仪(120)
& l7 E' A; b0 ?" Q/ Z. f2 H  t5(min) 45.04 48.28 46.38
  硫变仪(143℃)
1 H& I6 o3 j' u  ML(N.m) 0.930 0.820 0.830
  MH(N.m) 2.619 2.570 2.650
  T10(min) 11.08 11.42 10.00
5 Y! R9 c. J3 C3 {3 E  T90(min) 21.82 21.15 20.25
  VC(硫化速率) 8.403 9.259 11.150
  143℃×min 30 40 30 40 30 40
1 S& @  E, G/ }# b# X& k  300%定伸应力(MPa) 9.3 10.1 10.2 10.7 9.5 10.4
  拉伸强度(MPa) 22.0 21.5 22.9 22.4 21.7 22.3
6 h6 c5 i& K) |0 J  扯断伸长率(%) 580 528 550 535 550 540
# Q1 _: |( ]& |( A2 h, b  永久变形(%) 20 17 20 18 16 16
  硬度(邵A)(度) 66 66 65 66 66 67
  磨耗(cm^3/1.61km) - 0.16 - 0.15 - 0.16
  回弹率(%) - 40 - 41 - 34
8 @5 \3 C8 C& e; E  100℃×24h老化后性能
& p, z2 P! c, _  300%定伸应力(MPa) - 12.8 - 13.7 - 13.2
9 v( Z- o( V8 K0 i: ~; ~  拉伸强度(MPa) - 18.8 - 21.8 - 19.8
  扯断伸长率(%) - 460 - 470 - 422
  永久变形(%) - 14 - 14 - 13
  硬度(邵A)(度) - 70 - 70 - 70
  磨耗(cm^3/1.61km) - 0.18 - 0.22 - 0.25
3 R! i/ W. W+ P; C  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
2.2 大配合试验
   综合各项性能，选用4号配方进行大配合性能试验，同时和生产配方进行对比，试验结果见表2。
   表2 汽车胎面胶大配合试验结果
4 f. g# C+ E2 l, r  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
$ M6 L8 g+ E5 G   配方编号
6 ?. w; x# g( |1 \  {7 w( n  项目 ─────────────────
# X5 Z  i" Q2 W4 生产配方
  ──────────────────────────
* R. s( W6 W0 y- n  硫变仪(143℃)
  ML(N.m) 1.110 1.120
4 X/ E6 \  q! D5 p6 ]; ]2 g  MH(N.m) 2.690 2.790
3 B# D, W. D6 q" W# H0 V/ v  T10(min) 12.28 12.41
+ _* c- i; t, {" G  T9(min) 22.22 24.65
  VC(硫化速率) 8.523 7.281
1 V' ]; q- y  m( a5 S  X  143℃×min 30 40 40
0 _. M! v2 i2 f: m6 T+ F  300%定伸应力(MPa) 9.9 10.4 10.3
  拉伸强度(MPa) 21.1 20.6 19.7
  扯断伸长率(%) 535 515 510
  永久变形(%) 20 16 16
  硬度(邵A)(度) 65 66 67
! h8 i! ~/ `# i% \4 k) B: k  磨耗(cm^3/1.61km) - 0.11 0.12
  回弹率(%) - 36 32
  100℃×24h老化后性能
/ L2 W( _% m9 I- Q' E4 k  300%定伸应力(MPa) 13.0 15.4
8 f6 K0 a1 o+ u5 J* B  拉伸强度(MPa) - 18.5 17.8
  ?  I) ?$ r3 W& U2 d4 D  扯断伸长率(%) - 423 400
( {, }7 m. U/ q3 l$ l  永久变形(%) - 11 6
/ T  S/ [' \, N( o+ W9 r  D  硬度(邵A)(度) - 69 74
  磨耗(cm^3/1.61km) - 0.30 0.33
! G- k3 j) {4 E; t# f) c  100℃×48h老化后性能
  300%定伸应力(MPa) 13.9 -
6 E& Z  ]) Q6 b7 e1 S  拉伸强度(MPa) - 16.8 -
  扯断伸长率(%) - 375 -
  永久变形(%) - 10 -
  硬度(邵A)(度) - 72 -
  磨耗(cm^3/1.61km) - 0.35 -
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
   从表2可以看出，老化前试验配方4的300%定伸应力以及扯断伸长率和生产配方基本相当，拉伸强度较生产配方高，试验配方的硬度低，回弹率高，磨耗基本相当，老化后试验配方的300%定伸应力、硬度等性能变化率较生产配方小，这有利于使用中后期定伸应力的匹配，对解决轮胎的肩空有利。老化后试验配方的耐磨性能优于生产配方。
   2.3 工艺性能
   试验配方降低了炭黑的用量，混炼时生热低，易于混炼，门尼粘度较生产配方低，在胎面挤出时排胶温度降低3～5℃，挤出速度提高，挤出的半成品胎面表面光滑，断面致密元气孔，提高了挤出半成品的外观质量，成型、硫化工艺正常。
   2.4 成品性能
% z7 J4 t1 N4 S9 h& e2 O   用试验配方4生产的胶料制造8.25-1614PR轮胎进行成品性能试验，试验结果见表3。
  表3 成品性能试验结果
  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
( y  Q0 L  g! ~5 e   配方编号
  项目 ───────────────
; w0 Y3 z5 K' x9 E; m+ p; k   4 生产配方
  ─────────────────────────
. E8 m+ L% c0 ~; e1 ?6 m* j* t  300%定伸应力(MPa) 10.5 10.8
) t2 E1 Q* C, X  拉伸强度(MPa) 21.9 19.5
  扯断伸长率(%) 525 495
  永久变形(%) 16 14
7 r, g9 g/ m& F+ d3 [5 ?  硬度(邵A)(度) 65 68
  S) b5 O7 `2 u* X2 ^- ~7 j3 v  磨耗(cm^3/1.61km) 0.11 0.15
  耐久性能①
" q) q5 }) ]6 d  累计行驶时间(h) 175 169.5
  损坏特征 轮胎未损坏 肩空
) P' Z% W' m, |# u7 o) S  高速试验②
  通过速度(km/h) 130km/h 130km/h
  累计行驶时间(h) 63.25 50.83
+ R$ D' o$ ~8 T7 C0 R- N2 m  损坏特征 冠部胎面胶与 冠部缓冲胶与
   缓冲胶脱空 帘布胶脱空
; L4 J8 S$ p( e4 N  ━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━
   注：①耐久试验：试验速度65km/h；气压770kPa；负荷1550kg；负荷率(%)为75，95，115，125，135，145，150，160时的试验时间(h)分别为4，6，24，10，10，10，10，至跑坏。②高速试验：实验负荷1550kg×0.88；气压770kPa；实验速度(km/h)为80，110，120，130时对应的时间(h)分别为2，0.5，0.51至跑坏。
! I2 V# k  `1 p   从表3可以看出：试验配方所生产轮胎与生产配方相比，胎面胶的300%定伸应力相当，拉伸强度和耐磨性能较生产配方高，高速和耐久性能明显高于正常生产配方所生产的轮胎。
" b* N# P8 {& ^  d; E. N" ]- q0 V   2.5 实际里程试验
7 Y  D6 ]" y: S1 n1 G   试验配方于2003年5月投产，目前生产的轻型载重汽车轮胎耐磨性能明显提高，因肩空而造成的轮胎退赔率下降了2个百分点，效益提高。
   3 结语
   (1)胎面胶的生胶体系采用NR/BR/SBR(50:35:15)三胶并用，软化剂采用芳烃油，补强填充剂采用中超耐磨炭黑53份N220，加工助剂采用新型加工助剂均匀剂A-78，是提高轻型载重汽车斜交轮胎高速和耐久性能以及耐磨性能的有效措施。
" r2 Y: v& @. R* }   (2)试验配方投产后生产的轻型载重轮胎的耐磨性能提高，退赔率降低。

yantingkai

看看 :)

nk802395

謝謝樓主學習…學習....
  ^) C8 j2 D$ N" q2 r$ x

tw118

我不是做轮胎的，但是学习先。。。

kctr

做轮胎但不是搞技术的 ，

446967973

学习为主  我们只做子午胎  不过也要学习一下

tiremen

这应是一个传统的配合，效果还可以！重点不在配方本身，而是其他方面……