輪胎耐磨性指輪胎每磨損1mm溝深可行駛的里程數。耐磨性是科研人員最重要的研究課題之一，同時也備受用戶關注。提高輪胎的耐磨性能、延長輪胎的使用壽命對于節(jié)能減耗、保護環(huán)境意義重大。為便于細分銷售市場及增加特色產品，提高產品在超耐磨輪胎市場的占有份額，筆者2016年著手開發(fā)超耐磨輪胎胎面配方，新配方膠料強度、阿克隆磨耗、耐老化性能明顯提升，加工性能滿足車間工藝性要求，實車路試過程中，輪胎耐磨性及耐用性表現(xiàn)較優(yōu)，達到設計目的，經綜合評定后，該實驗配方正式投產應用。
一、試驗
1.主要原材料
天然橡膠（NR），牌號STR20，泰國20號標準膠；順丁橡膠，牌號BR9000，齊魯石化；溶聚丁苯膠，牌號RC2557S，獨山子石化；丁苯膠，牌號SBR1723，申華化學；N234，卡博特旭陽化工（邢臺）有限公司；白炭黑115MP,確成硅化學；環(huán)保油(V500),德國漢圣化工有限公司；微晶蠟，牌號Antilix111，萊茵化學；硬脂酸，連云港益海；防老劑4020，陽谷華泰化工有限公司；普通硫黃粉，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司；氧化鋅ZnO，大連氧化鋅有限公司；促進劑CZ，陽谷華泰化工有限公司；防焦劑CTP,陽谷華泰化工有限公司；等。
2.配方
生產配方：NR，15；BR9000，45；RC2557S，55；N234，70；1115MP，10；V500，12；防老劑，3.5；硫化體系，3.4以及其他。
試驗配方：BR9000，40；SBR1723，82.5；N234，70；1115MP，10；V500，10；防老劑，5；硫化體系，3.7以及其他。
3.主要設備及儀器
F370型密煉機和F305型密煉機，大連橡膠塑料機械有限公司；X（S）M-1.5L型小密煉機、XK-160型開煉機和XLB-400-400型四立柱平板硫化機，青島科高橡塑機械技術裝備公司產品；門尼黏度儀，MV3000，德國Montech公司；流變儀，RPA2000，阿爾法科技美國有限公司；炭黑分散度，軟控股份；拉伸強度，英斯特朗3365拉力機；抗撕裂強度，英斯特朗3365拉力機；曲撓次數，軟控股份；橡膠流動性，橡膠流動性測試儀VMA，特拓（青島）輪胎技術有限公司；邵氏A 硬度，Z3130硬度計，德國Zwick公司；阿克隆磨耗試驗機JC-1076，江都精誠測試儀器有限公司；熱空氣老化試驗箱GT-7017-NM，高鐵檢測儀器有限公司。
4.試樣制備
（1）小配合試驗料
第一步密煉機混煉母膠，根據密煉機容積，填充系數為70%計算各配方材料用量，加料順序為：NR+BR9000+RC2557S混煉預熱30s→加樹脂、硬脂酸、防老劑、硅烷偶聯(lián)劑等小料混煉20s→加炭黑混煉到105℃→加油混煉到135℃→清掃后混煉到155℃排膠→開煉機下片停放6h。
第二步開煉機加硫，步驟為：根據膠量調整輥距，通過打卷打三角包方式搗膠至膠料均勻包輥，加硫黃、促進劑、防焦劑，左右3/4各割膠3次，下片后調整輥距薄通10次，下片待用。
（2）大料試驗
根據小配合試驗結果，進行車間大料試驗。母膠生產工藝步驟：轉子轉速55轉/min加膠料、固體軟化劑、小料等混煉25s開加料門→加炭黑升溫至105℃開加料門→加油升溫到130℃→清掃升溫至155℃排膠。
母膠停放4小時后，進行回車返煉提高可塑度及分散性，回車工藝步驟：轉子轉速55轉/min加膠料混煉25s→空提坨115℃→空提砣135→清掃壓坨升溫至155℃排膠.
終膠生產工藝步驟：轉子轉速25轉/Min加膠料、硫黃、促進劑、防焦劑，混煉清掃升溫至105℃排膠。
5.性能測試
性能測試包括：混煉膠加工性能測試、混煉膠硫變性能、硫化膠物理性能、半成品工藝性能、成品輪胎各種性能測試。上述各種性能均按照相關標準測試，部分實驗委托外部實驗室檢測。
二、結果與討論
1.小配合加工性能分析
小配合加工性能數據見表1。從表1可以看出，試驗配方膠料門尼黏度較生產配方略有下降，試驗膠更容易達到生產所需的可塑度；焦燒時間延長，加工安全性能有所提高；硫化速度變慢，但可滿足車間現(xiàn)有的硫化工藝要求，交聯(lián)程度在一定程度上略有下降，總體看試驗膠料可滿足生產工藝性能要求。
|
檢測項目 |
參照標準 |
生產配方 |
試驗配方 |
|
門尼黏度【ML(1+4)100℃】 |
GB/T 1232.1-2000 |
66.2 |
63.1 |
|
門尼焦燒時間t5(115℃)/min |
GB/T 1233-2008 |
16.8 |
20.5 |
|
硫化儀數據（150℃×40min ） |
|
|
|
|
tc90/min |
GB/T16584-1996 |
13.3 |
16.0 |
|
ML/（dN·m） |
3.1 |
2.8 |
|
|
MH/（dN·m） |
18.9 |
17.9 |
|
|
MH—ML |
15.8 |
15.1 |
表1 小配合加工性能分析
2.小配合物理性能分析
|
項目 |
生產配方 |
試驗配方 |
|||
|
硫化條件 |
150℃×30min |
150℃×40min |
150℃×30min |
150℃×40min |
|
|
膠料性能 |
|
|
|
|
|
|
邵爾A型硬度/度 |
63 |
64 |
61 |
61 |
|
|
拉伸強度/MPa |
16.38 |
16.92 |
18.74 |
18.82 |
|
|
拉斷伸長率/% |
313 |
325 |
414 |
401 |
|
|
抗撕裂強度/kN·m-1 |
36 |
37 |
38 |
39 |
|
|
DIN磨耗量/ mm3 |
82 |
85 |
77 |
72 |
|
|
磨耗/cm3·1.60km-1 |
0.066 |
0.068 |
0.053 |
0.052 |
|
|
回彈性(23℃)/% |
39 |
38 |
36 |
36 |
|
|
100℃×72h 老化后 |
|
||||
|
邵爾A型硬度/度 |
72 |
72 |
69 |
69 |
|
|
拉伸強度/MPa |
14.11 |
13.93 |
16.45 |
16.38 |
|
|
拉斷伸長率/% |
235 |
208 |
305 |
287 |
|
從表2硫化膠性能可以看出，試驗膠料硬度在不同硫化條件下均有所下降，拉伸強度、扯斷伸長率、耐磨性能上具有明顯提高，從老化后性能看，膠料老化后性能具有明顯優(yōu)勢，滿足研發(fā)
設計目標要求。
3.車間大試加工性能分析
|
檢測項目 |
參照標準 |
生產配方 |
試驗配方 |
|
門尼黏度【ML(1+4)100℃】 |
GB/T 1232.1-2000 |
71.5 |
68.1 |
|
門尼焦燒時間t5(115℃)/min |
GB/T 1233-2008 |
15.0 |
16.9 |
|
硫化儀數據（150℃×40min ） |
|
|
|
|
tc90/min |
GB/T 16584-1996 |
13.7 |
17.2 |
|
ML/（dN·m） |
3.4 |
3.2 |
|
|
MH/（dN·m） |
19.1 |
18.4 |
|
|
MH—ML |
15.7 |
15.2 |
從表3可以看出，車間大料加工性能與小配合顯示結果接近，門尼黏度較小配合試驗時均有所提高，可能是因為大料生產工藝追求效率，混煉程度不如小配合控制的精細。試驗膠料在配方硫化體系材料用量增加的基礎上，加工安全性能較優(yōu)，硫化速度略慢，交聯(lián)程度略有下降，總體看加工性能滿足生產工藝要求。
4.車間大試物理性能分析
從表4車間大試硫化膠性能可以看出，試驗膠料硬度有所下降，于常規(guī)提高胎面硬度來增加胎面耐磨性的做法不同，這有利于保持及提高輪胎舒適度，拉伸強度、扯斷伸長率、耐磨性能上具有明顯提高，從老化后性能看，膠料耐老化性能具有明顯優(yōu)勢，滿足研發(fā)設計目標要求。
表4 車間大試物理性能分析
|
項目 |
生產配方 |
試驗配方（抽檢1） |
試驗配方（抽檢2） |
|||
|
老化前后 |
老化前 |
老化后 |
老化前 |
老化后 |
老化前 |
老化后 |
|
邵爾A型硬度/度 |
65 |
73 |
62 |
70 |
62 |
71 |
|
50%定伸應力/MPa |
1.71 |
2.50 |
1.47 |
2.29 |
1.54 |
2.40 |
|
100%定伸應力/MPa |
3.1 |
4.88 |
2.36 |
4.02 |
2.44 |
4.26 |
|
200%定伸應力/MPa |
7.88 |
12.32 |
6.01 |
10.08 |
5.97 |
10.63 |
|
300%定伸應力/MPa |
14.3 |
/ |
11.28 |
/ |
11.17 |
/ |
|
拉伸強度/MPa |
16.42 |
13.80 |
18.04 |
16.01 |
17.04 |
15.70 |
|
拉斷伸長率/% |
341 |
212 |
433 |
287 |
411 |
275 |
|
永久變形/% |
8 |
6 |
12 |
8 |
10 |
8 |
|
回彈性 |
40 |
/ |
37 |
/ |
38 |
/ |
|
抗撕裂強度/kN·m-1 |
35 |
/ |
37 |
/ |
37 |
/ |
|
密度/g·cm-3 |
1.15 |
/ |
1.15 |
/ |
1.15 |
/ |
|
DIN磨耗量/mm3 |
88 |
/ |
82 |
/ |
80 |
/ |
|
阿克隆磨耗/cm3·1.60km-1 |
0.074 |
/ |
0.068 |
/ |
0.070 |
/ |
|
炭黑分散度（X） |
8 |
/ |
9 |
/ |
9 |
/ |
5.車間大料試驗工藝性能
密煉生產過程中膠料炭黑分散正常，膠料表面平整；部件生產時，在冷喂料250擠出機上進行胎面擠出工藝性能對比，在相同的擠出速度下，試驗方案與正常膠料工藝性能接近，未見明顯變化，擠出半成品表面光滑，尺寸穩(wěn)定，黏性正常；后工序成型車間在使用過程中，胎面黏性保持率較高，可正常操作接頭；硫化后成品胎無不良情況。
6.成品胎室內性能
對試驗配方進行輪胎試制，選取185/60R14 82H Taxiplus輪胎做分析，成品胎高速、耐久、壓穿強度性能均通過研發(fā)標準要求。
表5 成品胎性能分析
|
檢測項目 |
參照標準 |
生產配方 |
試驗配方 |
|
輪胎高速性能 |
GB/T 7034-1998 |
最高行駛速度250km/h |
最高行駛速度250km/h |
|
輪胎耐久性能 |
GB/T 4502-1998 |
44小時無損壞 |
44小時無損壞 |
|
壓穿強度 |
GB/T 4503-1996 |
418.2J觸及未壓穿 |
415.6J觸及未壓穿 |
7.實車耐磨性分析
自2018年底開始進行實車路試，選取當地4輛出租車共計16條185/60R14 Taxiplus輪胎進行路試試驗，截至2019年9月份累計行駛10萬km左右，過程中有兩條輪胎在行駛6萬km時因撞擊損壞，損壞率較此前路試有較大改善，綜合表現(xiàn)非常好。
其中，4輛出租車平均行駛里程約為11萬km，前輪平均剩余溝深4.37mm，磨耗量平均為4.53mm，耐磨性為2.4萬km。后輪平均剩余溝深5.74mm，磨耗量平均為3.16mm，耐磨性為3.7萬km。根據上述數據，可預測新配方輪胎驅動輪理論行駛里程為17.8萬km（磨至標識線），非驅動輪行駛里程可達27萬km（磨至標識線）。另外，考慮路試過程中可能存在司機師傅私自調換輪胎位置的情況，上述數據會存在誤差，綜合平均里程可達22萬km。
三、結論
通過增加配方中丁苯膠及順丁膠的用量比例，適當增加配方中的防老劑用量，提高輪胎耐老化性能。并通過調整配方硫化體系，平衡胎面配方硬度及力學性能，達到膠料加工性能基本不變，物理力學性能明顯提高，阿克隆磨耗明顯降低，成品胎耐磨性、耐候性、耐刺扎性能明顯提高，使用壽命延長。
