多功能交联剂WY988对跑气保用轮胎支撑胶性能的影响

周荣杰，王志远，曹 晖，陈义中，杨晓光

（万力轮胎股份有限公司，广东 广州 511400）

跑气保用轮胎作为一种侧重安全性能的轮胎，在意外爆胎或零气压的情况下仍能以80 km·h-1的速度安全行驶一段距离，目前已得到广泛应用，特别是在一些高端汽车以及军用汽车领域[1]。

支撑胶在跑气保用轮胎中起着至关重要的作用。目前跑气保用轮胎支撑胶普遍存在上下模硬度差异较大的问题，这主要是因为当前轮胎硫化工艺导致轮胎上下模存在温差，上模温度比下模高5～10 ℃；轮胎采用高温硫化，上下模支撑胶均出现硫化返原现象。上下模的温差导致支撑胶的硫化返原程度不同，继而造成上下模胶料硬度差异问题。目前的硫化工艺还无法完全解决上下模温差问题。

本工作研究多功能交联剂WY988对跑气保用轮胎支撑胶性能的影响，以期解决支撑胶上下模胶料硬度差异较大的问题。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SMR20，马来西亚产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石油化工股份有限公司产品；炭黑N660，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；多功能交联剂WY988，上海麒祥化工科技有限公司产品。

1.2 试验配方

1#配方（原配方）：NR 60，BR 40，炭黑N660 60，其他 21。

2#配方（优化配方）：在1#配方的基础上加入1份多功能交联剂WY988。

1.3 主要设备和仪器

LRMR-S-150/W型开炼机，泰国Labtech公司产品；BB430型密炼机，日本神钢集团产品；F370型密炼机，美国法雷尔公司产品；LP3000-600KN型平板硫化机，德国Montech公司产品；LX-A型邵尔橡胶硬度计，上海六菱仪器厂产品；AG-X Plus 5kN型电子万能材料试验机，岛津（香港）有限公司产品；RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品。

1.4 混炼工艺

胶料采用4段混炼工艺，一段混炼在BB430型密炼机中进行，转子转速为0～60 r·min-1，依次加入生胶、小料和炭黑，排胶温度为160 ℃；二段和三段混炼转子转速为50 r·min-1，排胶温度为160 ℃；终炼在F370型密炼机中进行，转子转速为0～20 r·min-1，依次加入三段混炼胶、多功能交联剂WY988、硫黄和促进剂，排胶温度为110 ℃，最后在开炼机上出片停放。

1.5 性能测试

（1）硫化特性。采用RPA2000橡胶加工分析仪测试胶料的硫化特性，测试温度为150 ℃。

硫化返原率（R）的计算公式[2]如下：

式中，Ft为硫化结束时的转矩，dN·m。

（2）物理性能。硬度按GB/T 531.1—2008测试；拉伸性能按GB/T 528—2009测试，拉伸速率为500 mm·min-1；撕裂强度按GB/T 529—2008测试；耐屈挠性能按GB/T 13934—2006测试。

（3）动态力学性能。采用RPA2000橡胶加工分析仪进行温度扫描，测试条件为：温度范围60～110 ℃，频率 10 Hz，应变 0.5°。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

多功能交联剂WY988对胶料硫化特性的影响如表1所示。

表1 多功能交联剂WY988对胶料硫化特性的影响

从表1可以看出：与1#配方胶料相比，2#配方胶料的起硫速度快，但t90相当；Fmax－FL增大，这是由于多功能交联剂WY988含有硫原子，硫化过程中参与了胶料的硫化反应，导致胶料的交联密度增大。

为了验证优化配方能否解决轮胎支撑胶上下模胶料硬度差异问题，利用RPA2000橡胶加工分析仪模拟轮胎变温硫化试验，动态硫化过程温度如图1所示。试验硫化温度采用实际轮胎硫化测温数据。

从图1可以看出，轮胎硫化时上下模的温度存在差异，最大温差可达20 ℃。采用轮胎实际硫化测温数据对优化前后的配方进行模拟硫化试验，结果如图2和3所示。

图1 模拟轮胎硫化测温数据

图2 支撑胶上下模胶料的硫化曲线

图3 支撑胶上下模胶料的硫化返原率

从图2和3可以看出，在模拟轮胎实际硫化过程中，1#和2#配方胶料均不可避免地出现硫化返原现象。硫化时间约为16 min时开始出现硫化返原现象，至硫化结束时，1#配方上模和下模胶料的硫化返原率分别为10%和2%，2#配方上模和下模胶料的硫化返原率分别为3.8%和0，2#配方胶料的抗硫化返原性能明显提高。

2.2 物理性能

多功能交联剂WY988对硫化胶物理性能的影响如表2所示。

表2 多功能交联剂WY988对硫化胶物理性能的影响

从表2可以看出，与1#配方硫化胶相比，2#配方硫化胶的硬度和100%定伸应力增大，撕裂强度和耐屈挠性能相同，这是由于胶料的交联密度增大所致。对比不同硫化温度下的硫化胶硬度可知，优化配方胶料在高温下的硬度差异较小。

2.3 动态力学性能

多功能交联剂WY988对胶料动态力学性能的影响如图4—6所示，其中G′为储能模量，G″为损耗模量，tanδ为损耗因子。

从图4可以看出，由于硫化返原现象，1#配方上模胶料的G′比下模胶料减小约27%，2#配方上模胶料的G′比下模胶料仅减小7%，上下模胶料的G′之差明显减小。

图4 胶料的G′-温度曲线

从图5可以看出，由于上模胶料硫化返原率较大，导致交联密度明显减小，因此G″较小。

图5 胶料的G″-温度曲线

从图6可以看出，随着温度的升高，胶料的tanδ呈减小趋势。2#配方胶料的tanδ比1#配方胶料减小，说明2#配方胶料的生热较低。而2#配方上模胶料60 ℃时的tanδ比1#配方上模胶料增大，这是由于上模硫化返原胶料的G′较小，而此时胶料的G″相差不大，因此导致上模胶料的tanδ较大。

图6 胶料的tan δ-温度曲线

2.4 成品性能

取成品轮胎切断面，分别测试轮胎上模和下模支撑胶的硬度，结果如表3所示。

从表3可以看出，与1#配方支撑胶相比，2#配方上下模支撑胶的硬度之差明显减小。

表3 成品轮胎断面上下模支撑胶的硬度 度

采用优化前后的配方试制225/55ZR17跑气保用轮胎，并进行零气压里程试验。1#和2#配方支撑胶轮胎的累计行驶里程分别为65和74 km，优化配方轮胎的耐久性能提高。

3 结论

在跑气保用轮胎支撑胶配方中加入多功能交联剂WY988，胶料的抗硫化返原性能明显提高，硫化胶的硬度和定伸应力增大，耐屈挠性能不变，tanδ减小，上下模支撑胶的硬度之差减小，成品轮胎的耐久性能提高。