抗硫化返原剂KA9188在半钢子午线轮胎带束层胶中的应用

徐文龙，宫亭亭，徐 旗，李崇兵

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

带束层是轮胎的主要受力部件，用来箍紧胎体、限制轮胎变形兼有缓冲的作用[1]，也决定着轮胎强度和充气状态下的轮廓，可提升轮胎的刚性、稳定性和均匀性[2-3]。带束层中橡胶与钢丝帘线间是否可保持长久有效的粘合性，对轮胎的使用寿命起决定作用[4]。低生热、耐热氧老化的带束层可有效提升轮胎的高速和耐久性能。

半钢子午线轮胎带束层胶配方通常采用高硫低促的传统硫化体系。生胶体系为天然橡胶（NR）、采用硫黄硫化体系的胶料物理性能优异，但在高温硫化或低温长时间硫化过程中会出现硫化返原现象。硫化曲线表现为转矩达到最高转矩（Fmax）后，随着硫化时间的延长转矩降低，交联网络密度减小；宏观表现为硫化胶的拉伸强度、定伸应力及撕裂强度等性能下降，进而影响轮胎的使用寿命[5]。

本工作主要研究抗硫化返原剂KA9188（简称KA9188）对高硫低促NR体系带束层胶性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，20#颗粒胶，马来西亚产品；炭黑N326，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；KA9188（硫质量分数为27%），进口产品；3×0.28ST钢丝帘线，江苏兴达钢帘线股份有限公司产品。

1.2 配方

原配方（用量份）：NR 100，炭黑N236 55，氧化锌 8.5，硫黄 5，其他 19.25。1#—3#试验配方分别在原配方的基础上加入0.5份KA9188、1份KA9188和0.27份硫黄。

1.3 主要设备和仪器

GK1.5N型密炼机，德国克虏伯公司产品；MDR2000型 无 转 子 硫 化 仪 和MV2000型门尼粘度仪，美国阿尔法科技有限公司产品；DKD-K-16801型自动硬度计，德国Bareiss公司产品；Eplexor500N型动态粘弹谱分析仪，德国GABO公司产品；CMT-4503型电子拉力试验机，深圳新三思试验设备有限公司产品。

1.4 混炼工艺

小配合胶料分2段混炼。

一段混炼密炼机转子转速为75 r・min-1，混炼工艺为：生胶（20 s）→炭黑N326（30 s）→环保芳烃油、防老剂等小料（30 s）→调整转子转速至40 r・min-1并升温至150～155 ℃（90 s）→排胶。胶料在开炼机上过辊（辊距为3 mm）45 s，下片并停放24 h。

二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→混炼均匀→下片。

1.5 性能测试

胶料的各项性能均按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

胶料的硫化特性如表1所示。

表1 胶料的硫化特性

从表1可以看出：加入KA9188后，胶料的门尼粘度变化不大，门尼焦烧时间延长，硫化速度稍快，抗硫化返原性能提升；补加硫黄造成胶料的抗硫化返原性能下降。

2.2 物理性能

胶料物理性能如表2所示。

从表2可以看出：添加KA9188的胶料的邵尔A型硬度稍有增大，拉断伸长率降低，定伸应力增大，其他物理性能相当；KA9188用量为0.5和1份的胶料的物理性能基本一致；补加硫黄胶料的邵尔A型硬度增大，拉伸强度和拉断伸长率都降低。

表2 胶料的物理性能

2.3 动态性能

胶料的动态性能如表3所示。

从表3可以看出：与原配方胶料相比，加入KA9188的胶料60 ℃时的损耗因子（tanδ）减小，表明胶料的生热降低，有利于降低滚动阻力；25 ℃时的储能模量（E′）增大，表明胶料的刚性提升，有利于提升轮胎的高速和耐久性能；补加硫黄胶料的滚动阻力稍有降低。

表3 胶料的动态性能

2.4 粘合性能

胶料老化前后抽出力如表4所示。

表4 胶料老化前后的抽出力 N

从表4可以看出：添加了KA9188和补加硫黄的胶料老化前的抽出力均增大，是由于KA9188和硫黄会增大橡胶的交联密度，同时KA9188可改善NR的抗硫化返原性；热老化后，添加KA9188胶料具有较好的抽出力保持性，而补加硫黄的胶料与原配方胶料的抽出力相当；蒸汽老化和盐水老化后，试验配方胶料的抽出力较原配方胶料稍有增大。

2.5 成品轮胎性能

2.5.1 高速和耐久性能

选择原配方和1#试验配方进行成品轮胎试制，轮胎规格为205/55R16 91V，并根据GB/T 4502—2016《轿车轮胎性能室内试验方法》进行高速和耐久性能测试，测试结果分别如表5和6所示。

表5 成品轮胎的高速性能测试结果

表6 成品轮胎的耐久性能测试结果

从表5和6可以看出，1#试验配方轮胎的高速和耐久性能均较原配方轮胎提升。这是由于1#试验配方带束层胶的生热较低，刚性较大，同时配方中含有抗硫化返原剂，降低了轮胎在滚动过程中因生热造成的带束层性能下降，从而提升了轮胎高速和耐久性能。

2.5.2 滚动阻力

按照ECER117对试制轮胎进行滚动阻力 测试，得到原配方和1#试验配方轮胎的滚动阻力 系数分别为8.312和8.087 N・kN-1，1#试验配方轮胎的滚动阻力系数较原配方轮胎降低了0.225 N・kN-1。

3 结论

（1）添加KA9188后，混炼胶的门尼粘度变化不大，门尼焦烧时间延长，硫化速度加快，抗硫化返原性能提升。

（2）添加KA9188后，硫化胶的邵尔A型硬度稍有增大，定伸应力增大，拉断伸长率降低，其他物理性能相当。

（3）添加KA9188后，胶料60 ℃时的tanδ减小，25 ℃时的E′增大。

（4）添加KA9188胶料的老化前及热老化后的抽出力明显增大，蒸汽老化和盐水老化后抽出力稍有增大。

（5）添加KA9188后，成品轮胎的高速和耐久性能提升，滚动阻力降低。