大型耐寒农业轮胎的胎面配方设计

2021-02-25张伟李万岭褚风民

橡塑资源利用 2021年6期

关键词：顺丁橡胶丁苯橡胶天然橡胶

张伟李万岭褚风民

大型耐寒农业轮胎的胎面配方设计

张伟李万岭褚风民

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300384）

通过对比生胶的种类和用量，在保证各项性能基本持平的前提下，获得了耐寒性最佳的胎面配方。

农业轮胎；耐寒；胎面配方

农业作为社会的基础行业，在生产生活、经济建设和社会文化等多个方面有着十分重要的作用[1]；农用机械是推动农业高效作业的重要机械，农用机械的使用，极大地促进了农业科技的发展[2]；农用轮胎作为农用机械的配套设施，不仅应该具备保护土壤、高牵引、抗刺扎等功能[3]，同时应具备对不同地域的环境适应性。

本文针对用于东北、东西伯利亚、西西伯利亚等具有典型寒冷气候的农用轮胎，设计了专用的耐寒胎面，使其在满足国内相关法律法规的前提下[4]，具有足够的耐寒特性，避免因高寒而导致的轮胎早期损坏。

1 实验

丁苯橡胶因其耐切割[5]的特点被普遍应用于农业胎的胎面配方中，但其玻璃化温度较高，耐寒型较差[6]，因此在高寒地区容易出现崩花掉块和胎面冻裂等问题；顺丁橡胶的分子柔顺行较大，具有极佳的低温性能[7]，因此常被用于耐寒制品，但其抗刺扎，抗撕裂性能较差；对比生胶的种类和用量对胶料各项性能的影响，以获得最佳的胎面配方。

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；丁苯橡胶，SBR1500，中国石油兰州石化公司；顺丁橡胶（BR），CB22，ARLANXEO公司；炭黑N220，上海卡博特化工有限公司产品；环保芳烃油TDAE，德国汉盛公司产品；粉状硫磺，辛集桂枫公司产品；促进剂NS，山东尚舜公司产品；其余产品均为市售。

1.2 配方

设计试验配方如下表，其中1#为原始配方，2#～9#配方为试验配方。

表1 配方中的变量部分药品

1.3 主要设备和仪器

XK-160开炼机，广东湛江机械厂产品；实验用1.5L密炼机，广州华工百川自控科技有限公司产品；600×600型平板硫化机，湖州宏侨橡胶机械有限公司产品；MDR2000型硫化仪、MV2000E型门尼粘度仪，美国Instron公司产品；动态热机械分析仪，法国Metravib公司产品；6800型电子拉力机，美国Instron公司产品；GABOMETER2000型压缩生热仪，德国GABO公司产品；ZWICK5091型回弹仪，德国ZWICK公司产品，Akron磨耗试验机，台湾高铁检测仪器有限公司；耐切割试验机，台湾高铁检测仪器有限公司。

1.4 试样制备

采用两段工艺：

一段在实验用1.5L密炼机上进行，混炼工艺为：初始转速60rpm，先将NR、炭黑加入，混炼50秒，提上顶栓，加剩余小料，压上顶栓，混炼50秒，提上顶栓翻胶，压上顶栓至160℃排胶；一段混炼完成后，停放24小时。

二段在开炼机上进行，混炼工艺为：母胶上辊预热，待母胶预热完全，将辊距调整至5～7毫米，均匀加入硫化剂、促进剂等剩余药粉，待药粉完全吃净，将辊距调整至1毫米，打三个三角包，然后调节辊距至合适厚度，将混炼胶出片。

混炼完成后，样品在实验室环境下停放24h，然后根据测试要求进行试样制备和硫化，硫化好的样品在实验室环境下停放24h后方可进行测试。

国标外的测试至少需要测试3个样品，保证各个测试数据之间的相对误差在15%以内，否则需要加测样品。

1.5 测试分析

对各个配方进行测试的项目及标准如下：

I、拉伸测试：GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》。

II、撕裂测试GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤形、直角形和新月形试样）》。

III、硬度测试：GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》。

IV、密度测试：GB/T 533-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶密度的测定》。

V、门尼粘度测试：GB/T 1232.1-2000《未硫化橡胶圆盘剪切粘度测定-门尼粘度的测定》。

VI、回弹测试：GB/T 1681-2009《硫化橡胶回弹性的测定》。

VII、压缩生热测试：GB/T 1687-1993《硫化橡胶在曲挠试验中温升和耐疲劳性能的测定第2部分：压缩屈挠试验》。

VIII、流变性能测试：GB/T 33095.1-2006《未硫化橡胶用动态无转子流变仪测定流变性能第一部分：频率扫描法》。

IX、耐切割测试：试验样品转速80rpm，切刀切割频率120次/min。

X、Akron磨耗测试：GB/T 1689-2014《硫化橡胶耐磨性能的测定(用阿克隆磨耗试验机)》。

XI、玻璃化温度测试：ASTM D7028-2007《Standard Test Method for Glass Transition Temperature(DMA Tg) of Polymer Matrix composites by Dynamic Mechanical Analysis(DMA)》。