赵富强, 郑 涛, 李民军, 李海艳, 潘存孝, 龙飞飞

（1.四川大学生物治疗国家重点实验室，四川 成都 610065；2.山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东 枣庄 277300）

不同炼胶工艺对胎面胶磨耗性能的影响

赵富强1, 郑 涛2, 李民军2, 李海艳2, 潘存孝2, 龙飞飞2

（1.四川大学生物治疗国家重点实验室，四川 成都 610065；2.山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东 枣庄 277300）

与传统法混炼工艺生产的胎面胶相比，SSM一步法生产的胎面胶料炭黑和白炭黑的分散度较好，拉伸强度和拉断伸长率较大；阿克隆磨耗体积小，说明胎面胶料的耐磨性好。SSM一步法混炼工艺生产的成品轮胎的胎面稳定性能较高，轮胎外观及胎面耐磨性能得到保证。

阿克隆磨耗；耐磨性；炭黑分散度

0 前 言

伴随着中国经济的不断腾飞，国内汽车工业也发生了翻天覆地的变化，轮胎作为乘用车最重要的安全配件、关键零部件，其性能也越来越多地受到关注、重视。评价成品轮胎性能优劣的重要指标之一是胎面的耐磨性，它取决于轮胎表层的力学性能、分子结构等，但其中最关键的影响因素还是胎面的配方体系和胶料的混炼工艺。

胶料的耐磨耗性能是表征胎面胶料硫化后在抵抗摩擦力的作用下因胎面表面破坏而使胶料损耗的能力。磨耗性能属于力学性能范畴，它有以下三种表现形式：

（1）胎面的磨损磨耗是指胎面与路面上不平的尖锐的粗糙物不断地切割、乱擦，导致胎面表面接触点被切割、扯断成微小的颗粒，轮胎表面脱落下来形成磨耗。磨耗强度与拉伸强度成反比，换言之，胎面想要降低磨耗强度必须提升胶料的拉伸强度。

（2）胎面的疲劳磨耗是指胎面在路面上反复运动的过程中受周期性的压缩、剪切、拉伸等变形作用，轮胎表面产生疲劳，胎面逐渐产生微裂纹，进而造成胎面表面的微观剥落。疲劳磨耗随着胎面胶料拉伸强度的降低而加大。换言之，胎面想要降低疲劳磨耗，必须提升胶料的拉伸强度。

（3）胎面的巻曲磨耗是指胎面由于摩擦力的作用，表面产生凹凸不平并发生形变，进而被撕裂破坏，成巻地从表层脱落。巻曲磨耗与断裂伸长率成反比，想要降低巻曲磨耗，必须提升胎面胶料的断裂伸长率。

显然，考虑到上述因素和条件，对于如何降低轮胎磨耗性能的研究仍然是一项迫切的任务。

本研究针对炼胶工艺的提升，将SSM一步法混炼工艺与传统工艺进行对比，进而验证SSM法所生产的胎面胶料是否有利于胎面耐磨性能的提升。

1 胎面胶料生产

1.1 主要原材料

充油丁苯胶、溶聚丁苯胶，北京四联；白炭黑，卡博特化工；炭黑，江西黑猫炭黑；环保油，齐鲁石化；氧化锌，百胜化工；硬脂酸，上海嘉定；防老剂，山东圣奥化工；促进剂、硫磺、NS，尚舜化工；防焦剂CTP，阳谷华泰。

1.2 基本配方

基本配方（单位:份）：充油丁苯胶 35.0；溶聚丁苯胶80.0；白炭黑 49.0；炭黑N234 21.0；环保油 5.0；微晶蜡 2.2；硅烷偶联剂 10.0；硬脂酸2.0；促进剂NS 0.5；氧化锌 2.0；促进剂CZ 2.0；硫磺 2.8；防焦剂CTP 0.3。

1.3 检测设备

拉伸强度、抗撕裂强度，Zwick Z010拉力试验机，德国Zwick；橡胶流动性，橡胶流动性测试仪（VMA），特拓（青岛）轮胎技术；阿克隆磨耗，JC-1076磨耗机,江都市精诚测试仪器。其余设备均为常规轮胎厂使用的测试设备，胶料的各项性能均按相应国家标准进行测试。

1.4 胎面胶料制备

采用传统法炼胶工艺和SSM一步法混炼工艺分别生产胎面胶料，然后进行性能对比测试。工艺步骤详见表1和表2。

从表1可以看出，传统法炼胶工艺生产胎面胶须多段完成，进行下一次的混炼之前，前一段生产的母炼胶须停放8 h。此过程须运转多次才能完成胎面终炼胶的制备。

表1 传统法炼胶工艺生产胎面胶

（表未完）

（续表）

从表2可以看出，SSM一步法混炼工艺生产胎面胶仅须一段即可完成，其密炼机与开炼机为5:1配置塑炼，胎面胶料在密炼机母炼后排放到双驱全自动开炼机上，压制成片后分流给四组全自动混炼开炼机，胶料在每组混炼开炼机上实现自动混炼，补充混炼、胶冷、单独收取。SSM法实现了从原材料投入到胎面终炼胶产出的高度自动化。

表2 SSM一步法混炼工艺生产胎面胶

（表未完）

（续表）

2 结果与讨论

2.1 炭黑分散性

通过表3可以看出，SSM法炼胶工艺生产的胎面胶料的炭黑分散度等级、分散指数均优于传统法炼胶工艺。胎面胶料在炭黑和白炭黑分散度提升的同时，流动性得到提升。VMA设备检测数据显示，SSM法生产的胎面胶流动性值比传统法生产的胎面胶大近1倍；在胎面挤出成型时，SSM法生产的胎面胶加工性能提升，大大降低了成品轮胎的外观缺陷（胎冠缺胶、花纹圆角等），提升了轮胎成品的总体质量水平。

表3 炭黑分散度对比

2.2 拉伸性能

2.2.1 测试仪器及原理

使用拉力试验机测定胎面胶拉伸性能，一般由加荷机构、测力机构、记录装置、缓冲装置等部分组成（图1）。

图1 拉力试验机

（1）定伸应力和拉伸强度计算

式中，σ —定伸应力或拉伸强度，MPa；F—试样所受的作用力，N；b—试样工作部分宽度，mm；d—试样工作部分厚度，mm。

（2） 定应力伸长率和拉断伸长率计算

式中，ε—定应力伸长率或拉断伸长率，%；L1—试样达到规定应力或拉断时的标距，mm；L0—试样初始标距，mm。

（3） 拉伸永久变形计算

式中，H—拉断永久变形，%；L2—试样拉断后停放3 min后对起来的标距，mm；L0—试样初始标距，mm。

2.2.2 测试结果及分析

首先分别选取两种工艺（传统法与SSM法）生产的胎面终炼胶各3车，制作试样。对总计6个试样进行拉伸性能测定，其结果如图2所示。

由图2可以看出，就胎面胶的拉伸强度、拉断伸长率而言，SSM法较传统法有较大整体提升。因此胎面的磨损磨耗、疲劳磨耗会相应降低，而拉断伸长率的提升也会降低胎面的巻曲磨耗。

2.3 磨耗分析

2.3.1 测试仪器及原理

测定磨耗所用的装置为阿克隆磨耗试验机（图3）。所用砂轮直径150 mm，厚度25 mm，中心直径32 mm，砂轮表面的磨料为氧化铝，粘合剂为陶土，粒度为36#，硬度为中硬2。

图2 两种工艺对比下的胎面胶的拉伸性能

图3 阿克隆磨耗试验机

试样规格：长π(D+2h)0+5mm，宽12.7 mm±0.2 mm，厚度3.2 mm±0.2 mm。D为胶轮的直径，h为试样的厚度，π=3.14。

胶轮是特制的，胶轮轴径为680-1mm，厚度为12.7 mm±0.2 mm，硬度为75～80，中心孔直径应符合胶轮回转轴的直径。

分别选取两种工艺生产的胎面终炼胶各3车，制作试样，总计对6个试样进行磨耗测定。

2.3.2 测试结果及分析

试样的磨耗体积V=（m1-m2）/ρ，单位cm3。阿克隆磨耗体积越小，说明胎面胶料的耐磨性越好。测量及计算结果如表4和图4所示。

由图4和表4可以看出，SSM法生产胎面胶的磨耗体积量，较传统法整体上有大幅度降低，与2.2.2中的实验结论相符合。通过表4对比分析可以看出，SSM法工艺生产的胎面胶相比传统法提升了约51%。

图4 两种工艺对比下的胎面胶磨耗体积

表4 胎面胶的阿克隆磨耗对比

3 结 语

通过对SSM法混炼工艺与传统工艺生产的胎面胶的磨耗性能进行对比分析，验证了SSM法生产的胎面胶料的定伸应力、断裂伸长率均较优。SSM法炼胶工艺生产的炭黑、白炭黑分散度优，胎面胶料耐磨性有较大提升。成品轮胎的胎面稳定性能得到提升，轮胎外观及胎面整体的耐磨性能得到保证，提高了成品轮胎的市场竞争力。

TQ 336.1

B

1671-8232(2017)11-0045-05

赵富强（1982— ），男，河南洛阳人，四川大学在职硕士。

[责任编辑：朱 胤]

2016-12-07