張 寧，鄭 濤，龍飛飛，姜 杰，徐 巖

（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

輪胎對(duì)汽車的安全性至關(guān)重要，一旦爆胎或被扎破漏氣，很容易導(dǎo)致交通事故。輪胎在完全漏氣時(shí)縮小變形，汽車失去平衡偏向一側(cè)，駕駛者會(huì)失去操控能力，即便是在較低的行駛速度下，也有可能發(fā)生事故[1]。缺氣保用輪胎顧名思義是在漏氣的情況下，仍然能以正常速度（例如80 km·h-1）安全行駛一段距離（約80 km）。我公司開(kāi)發(fā)的自體支撐式缺氣保用輪胎胎側(cè)部位使用支撐膠，以保證在缺氣情況下輪胎輪廓的穩(wěn)定性。

抗疲勞劑PAPI含有多官能團(tuán)馬來(lái)酰亞胺化合物，有助于炭黑分散，可直接參與橡膠的硫化交聯(lián)，重構(gòu)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，抑制硫化返原。

本工作研究抗疲勞劑PAPI的性質(zhì)及其在缺氣保用輪胎支撐膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），TSR20，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；釹系順丁橡膠（BR），牌號(hào)CB24，朗盛化學(xué)（中國(guó)）有限公司產(chǎn)品；炭黑N550，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；氧化鋅，安丘恒山鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品；工藝油V700，上海麒祥化工科技有限公司產(chǎn)品；增粘樹(shù)脂SL-T421，華奇（中國(guó)）化工有限公司產(chǎn)品；抗硫化返原劑PK900和防焦劑CTP，山東陽(yáng)谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品；防老劑4020、促進(jìn)劑TiBTD和促進(jìn)劑TBBS，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品；不溶性硫黃IS-7020，朝陽(yáng)明宇化工有限公司產(chǎn)品；抗疲勞劑PAPI，大冢材料科技（上海）有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

原始配方（1#配方）：NR 70，BR 30，炭黑N550 80，氧化鋅 8，硬脂酸 2，工藝油V700 2，抗硫化返原劑PK900 0.5，增粘樹(shù)脂SL-T421 2，防老劑和促進(jìn)劑 5.8，不溶性硫黃IS-7020和防焦劑CTP 3.1。

試驗(yàn)配方（2#，3#，4#配方）分別以0.5，1和2份抗疲勞劑PAPI替代0.5份抗硫化返原劑PK900，其他同原始配方；5#試驗(yàn)配方在原始配方基礎(chǔ)上添加1份抗疲勞劑PAPI。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XM370型密煉機(jī)、XKR-660型全自動(dòng)開(kāi)煉機(jī)、屈撓試驗(yàn)機(jī)和炭黑分散度儀，軟控股份有限公司產(chǎn)品；X（S）M-1.5X型密煉機(jī)、XK-160型開(kāi)煉機(jī)和XLB-400-400型四立柱平板硫化機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；MV3000型門尼粘度儀，德國(guó)Montech公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；Z3130型硬度計(jì)，德國(guó)Zwick公司產(chǎn)品；3365型拉力試驗(yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉，一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為65 r·min-1，填充系數(shù)為70%，混煉工藝為：生膠→混煉預(yù)熱30 s→加樹(shù)脂、硬脂酸等小料混煉15 s→加炭黑混煉到溫度為105℃→加油等助劑混煉到溫度為125 ℃→清掃后混煉到溫度135 ℃時(shí)排膠→下片后停放6 h。二段混煉在開(kāi)煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：通過(guò)打卷和打三角包方式搗膠至膠料均勻包輥→加硫黃、促進(jìn)劑、氧化鋅、抗疲勞劑PAPI等→左右3/4各割膠3次→調(diào)整輥距薄通10次，下片待用。

大配合試驗(yàn)采用SSM低溫一步法煉膠工藝，生膠、炭黑、樹(shù)脂、硫黃、促進(jìn)劑、氧化鋅等在密煉機(jī)中初步混煉，膠料排放到全自動(dòng)開(kāi)煉機(jī)上壓制成片后分流給4組全自動(dòng)開(kāi)煉機(jī)，膠料在每組開(kāi)煉機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)混煉，全過(guò)程為補(bǔ)充混煉、冷卻、收取[2-5]。

1.5 性能測(cè)試

膠料和成品性能均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 抗疲勞劑PAPI反應(yīng)機(jī)理

2.1.1 抗疲勞劑PAPI簡(jiǎn)介

抗疲勞劑PAPI是一種橡膠高耐久改性劑，其分子結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1?？蛊趧㏄API軟化點(diǎn)不高于70 ℃，不揮發(fā)的同時(shí)具備易分散等特點(diǎn)?？蛊趧㏄API分子結(jié)構(gòu)上的多個(gè)苯環(huán)調(diào)整了炭黑與橡膠的作用方式，可以與炭黑偶聯(lián)，提高炭黑的分散性，降低膠料的生熱。同時(shí)抗疲勞劑PAPI通過(guò)Alder-Ene反應(yīng)，可直接參與橡膠的硫化交聯(lián)，重構(gòu)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，抑制硫化返原，提高膠料熱氧老化后的物理性能，抑制裂紋生長(zhǎng)，改善耐疲勞性能。

圖1 抗疲勞劑PAPI的分子結(jié)構(gòu)式

2.1.2 抗疲勞劑PAPI與抗硫化返原劑PK900的對(duì)比

抗硫化返原劑PK900適用于硫黃硫化橡膠，如NR、丁苯橡膠和BR等，能明顯改善過(guò)硫情況。抗硫化返原劑PK900以熱穩(wěn)定性的碳-碳交聯(lián)鍵補(bǔ)償返原而損失的硫黃硫化交聯(lián)鍵，保持交聯(lián)密度，從而保持硫化膠的物理性能，提高耐熱老化性能，降低動(dòng)態(tài)生熱。抗硫化返原劑PK900為側(cè)甲基供電子，雙鍵活性弱、不參與硫化，僅進(jìn)行Diels-Alder反應(yīng)。

與抗硫化返原劑PK900相比，抗疲勞劑PAPI的活性官能團(tuán)更多，活性更強(qiáng)，同時(shí)可通過(guò)Alder-Ene反應(yīng)直接參與橡膠的硫化交聯(lián)，重構(gòu)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)?？蛊趧㏄API與抗硫化返原劑PK900的性質(zhì)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 抗疲勞劑PAPI與抗硫化返原劑PK900的性質(zhì)對(duì)比

2.2 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料硫化特性和硫化膠物理性能對(duì)比分別見(jiàn)表2和3。

由表2和3可見(jiàn)：4#和5#配方膠料的耐屈撓龜裂和耐老化性能均優(yōu)于3#配方膠料，但是4#配方膠料的門尼焦燒時(shí)間較原始配方膠料縮短3 min以上，且門尼粘度較高，加工性能變差；3#，4#和5#配方膠料的Fmax減小、t90延長(zhǎng)。綜合考慮選擇3#和5#配方進(jìn)行車間大配合試驗(yàn)。

表2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料硫化特性對(duì)比

表3 小配合試驗(yàn)硫化膠物理性能對(duì)比

2.3 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料硫化特性和硫化膠物理性能對(duì)比分別見(jiàn)表4和5。

表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料硫化特性對(duì)比

由表4可見(jiàn)：試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度較原始配方膠料有所減小、焦燒時(shí)間延長(zhǎng)，提升了膠料的加工安全性，有利于膠料正常生產(chǎn)；5#配方膠料的t10，t50，t90數(shù)據(jù)與原始配方膠料較接近，交聯(lián)密度較高，加工性能滿足生產(chǎn)工藝要求。

由表5可見(jiàn)，試驗(yàn)配方硫化膠的硬度略減小，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均有提升，壓縮疲勞溫升降低，耐屈撓性能提升，其中3#配方硫化膠的耐屈撓性能提升幅度較大，但耐老化性能降低。

表5 大配合試驗(yàn)硫化膠物理性能對(duì)比

2.4 成品性能

采用原始配方及3#和5#配方支撐膠生產(chǎn)235/45R18 98W FRD866缺氣保用輪胎，并進(jìn)行成品性能測(cè)試。

2.4.1 耐久性能

成品輪胎耐久性試驗(yàn)按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/NP01—2017《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行，輪胎充氣壓力為340 kPa，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可見(jiàn)，1#，3#，5#配方支撐膠輪胎的耐久性試驗(yàn)累計(jì)行駛時(shí)間分別為50，69，80 h。試驗(yàn)配方成品輪胎耐久性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表6 成品輪胎耐久性試驗(yàn)結(jié)果

2.4.2 高速性能

成品輪胎高速性能按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/GP04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗(yàn)方法》測(cè)試，輪胎充氣壓力為360 kPa，試驗(yàn)結(jié)果如表7所示。

由表7可見(jiàn)，1#，3#，5#配方支撐膠輪胎的高速性能測(cè)試?yán)塾?jì)行駛時(shí)間分別為90，99，115 min。試驗(yàn)配方成品輪胎高速性能超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

表7 成品輪胎高速性能試驗(yàn)結(jié)果

2.4.3 零氣壓耐久性能

成品輪胎零氣壓耐久性能按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/NP03—2017《自體支撐型缺氣保用輪胎耐久性能試驗(yàn)方法》測(cè)試，輪胎充氣壓力為零，速度為80 km·h-1，負(fù)荷率為65%。1#，3#，5#配方支撐膠輪胎的零氣壓耐久性能試驗(yàn)累計(jì)行駛時(shí)間分別為60，73，165 min。試驗(yàn)配方成品輪胎零氣壓耐久性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 結(jié)論

研究抗疲勞劑PAPI在缺氣保用輪胎支撐膠中的應(yīng)用，結(jié)果表明抗疲勞劑PAPI可大幅提升支撐膠的耐屈撓性能，保證了缺氣保用輪胎的安全駕駛性能，同時(shí)支撐膠硬度的減小可提升駕乘舒適性。