半钢PCR子午轮胎配方设计.ppt

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1、半钢子午胎配方设计半钢子午胎配方设计2008年年10月月 北京北京轮胎特性轮胎特性半钢子午胎配方设计半钢子午胎结构特点半钢子午胎结构特点n什么是半钢子午胎?与全钢子午胎有什么区别?n半钢子午胎是指胎面部位部分或全部采用钢丝帘线作为补强材料，胎体采用尼龙、聚酯等纤维材料的子午线轮胎n全钢子午胎是指胎面部位加强层（带束层）及胎体均使用钢丝帘线做为骨架材料的子午线轮胎n轿车胎一般采用半钢丝子午线轮胎结构n部分轻卡胎采用半钢丝子午线轮胎结构1半钢子午胎配方设计轿车轮胎结构轿车轮胎结构2半钢子午胎配方设计轿车轮胎结构轿车轮胎结构2n轿车胎构成n胎面n冠带层、带束层n胎侧、子口耐磨胶n胎体n气密层n胎圈、

2、三角胶n子口护布半钢子午胎配方设计轿车轮胎结构轿车轮胎结构2n轿车胎结构特点n胎面一般采用单一胶料，可不做分层设计n在带束层上增加一至两层纤维冠带层，提高轮胎高速性能n胎侧柔软，耐曲挠疲劳性及抗光老化性能好n无内胎设计，气密层要求有极低的透气性n为提高胎圈区的刚性，采用大而硬的三角胶蕊半钢子午胎配方设计轻卡轮胎结构轻卡轮胎结构3半钢子午胎配方设计轻卡轮胎结构轻卡轮胎结构3n轻卡胎构成n胎面n带束层、带束层垫胶n胎侧、子口耐磨胶n胎体n气密层n胎圈、三角胶n子口护布半钢子午胎配方设计轻卡轮胎结构轻卡轮胎结构3n轻卡胎结构特点n半钢轻卡子午胎设计接近半钢轿车子午胎设计n胎面一般采用单一胶料，可不做

3、分层设计n因行驶速度要求比轿车胎低，一般不采用冠带层设计n采用带束层垫胶，保持带束层端部平直及胎面到胎侧的过度n胎侧增加，抗撕裂、耐曲挠疲劳及抗光老化性能要好n三角胶蕊，可采用上、下分层设计，也可以采用单一硬胶蕊设计半钢子午胎配方设计半钢子午胎特性对胶料的要求半钢子午胎特性对胶料的要求n轮胎行驶速度高，胎冠部刚性高、厚度薄，胎面与地面间的蠕动很小，牵引力和侧向力较高，因此要求胎面胶要具有较高的硬度、较好的耐磨性、牵引性、较低的滚动阻力n因采用刚性带束层结构，对带束层胶及胎肩部位胶料要求有较高的拉伸强度、定伸应力及粘性n由于胎体呈子午线方向排列，胎侧柔软，径向变形大，因此要求胎侧胶有较好的耐动态

4、疲劳性和抗动态老化性，以及良好的抗撕裂性能4半钢子午胎配方设计半钢子午胎特性对胶料的要求半钢子午胎特性对胶料的要求n由于胎侧柔软、径向变形大，在轮辋边缘易产生磨损，因此要求耐磨胶耐磨性好、硬度高、变形小（气密性要求）n由于轮胎对子口部位刚性的要求，及子口到胎侧的过渡性要求，三角胶要同时具有较高的硬度和较好的抗曲挠疲劳性能。n由于轮胎制造工艺复杂、精度高、部件在成型过程中受力大，因此要求胶料生胶强度高、挤出部件尺寸稳定性好、部件表面粘性大4配方设计原则配方设计原则半钢子午胎配方设计配方设计的基本概念配方设计的基本概念n轮胎产品设计包含三个方面n结构设计n配方设计n工艺设计n三个方面既相互独立，又

5、相互联系、相互协同、相互制约。任何一方或相互作用都可能对产品的使用性能、使用寿命、外观质量、生产成本产生决定性影响。n应确立：“整体协调统一整体协调统一”的观念，尽可能利用结构因素、工艺因素，将材料性能使用到极限。1半钢子午胎配方设计配方设计的基本概念配方设计的基本概念n配方设计利用所掌握的有关理论和实践经验，结合结合加工设备、加工历程、生产效率、外观质量、制造成本等客观条件，根据根据产品结构、产品使用性能、使用寿命、多部件胶料硫化特性及物机性能的匹配等质量要求，拟定试验配方，通过试验、优化、试验、优化、验证验证，最终确定橡胶及配合剂品种、产地、型号、用量配比、混炼工艺条件、胶料物机性能及成本

6、等要素的过程过程。1半钢子午胎配方设计进行配方设计时应注意的几个原则进行配方设计时应注意的几个原则n从轮胎整体使用性能考虑，各部位胶料使用性能及硫化特性应匹配，同时应避免局部性能过剩。n应进行有针对性的设计，在注重主要性能指标的同时，兼顾其它性能要求。n充分考虑各种配合剂之间的相互作用。2半钢子午胎配方设计进行配方设计时应注意的几个原则进行配方设计时应注意的几个原则n关注胶料的加工性能，不应过分追求使用性能。n在保证性能的前提下，尽量降低成本。“在不在不提高成本的基础上提高质量，在不降低质量的提高成本的基础上提高质量，在不降低质量的前提下降低成本前提下降低成本”，是基本原则。n在保证质量的前提

7、下，尽量简化配方、采用相对容易得到的原材料、选用易操作剂型，提高劳动效率、减少生产成本。2半钢子午胎配方设计配方设计辅助方法配方设计辅助方法n到目前为止，橡胶技术还是属于试验科学范畴，需要通过试验才能最终确定配方的组成。n科学的试验设计方法能以较少时间及成本，有效的筛选出较优的配方。3半钢子午胎配方设计配方设计辅助方法配方设计辅助方法常用配方试验设计方法常用配方试验设计方法3方法名称方简介变量因数与试验点数特点经验筛选法根据以往数据及经验，先找出较佳的周边试验点3-5个，然后以第一次试验的最佳点为基轴，再就近安排3-5个试验点，从中选出认为最好的点单因素多次试验试验点每次为3-5个，一般安排2

8、-3轮方法简便可靠，对对技技术经验术经验的依的依赖赖性性强强，亦或作双因素试验。缺点是试验点数及试验次数较多，周期长0.618优选法-黄金分割法按0.618原理选取204个试验点，以第一次试验的最好点处继续进行第二轮和第三轮试验，直到找出认为最理想的点。试验点的安排有：折纸法、分散法、紧缩法、爬山法以及陡度法等多种单因素多次试验试验点每次为2-4个，一般安排3-4轮方法容易掌握，适于多数人员使用，亦能进行双因素试验，缺点是试验次数多，试试验验范范围较围较窄窄半钢子午胎配方设计配方设计辅助方法配方设计辅助方法3方法名称方简介变量因数与试验点数特点进展运筹法在设想较好的试验点处的小正方形内，取中心

9、和4个边点共5个试验点，然后以第一次试验的最好点为中心再按上述方法作第二和第三轮试验，直至找到重合的最佳点单因素多次试验试验点每次为5个，一般安排2-3轮方法简单易懂，适于大众使用，最佳点周围观察清楚亦可作双因素试验，缺点为试试验验次数多，周期次数多，周期长长中心加任意点法在垂直坐标上任选9个试验点，其中中心点为必选固定点，其余8个点可视性能走向采取集中或分散方式选取双因素一次试验，9个试验点方法类似经验筛选法，需要有配方需要有配方设计经验设计经验，可用于各种配方试验，缺点为受随意性的影受随意性的影响响较较大大星状布点法把试验点安排在五角星的中心及内外10个角上双因素一次试验，11个试验点方法

10、科学简单，能用于多种配方试验，缺点为试验试验点数略多点数略多常用配方试验设计方法常用配方试验设计方法半钢子午胎配方设计配方设计辅助方法配方设计辅助方法3方法名称方简介变量因数与试验点数特点拉丁方格布阵法按拉丁方格阵式列出试验点多因素一次试验双因素为6个试验点为配方试验常用方法之一，缺点是多因素多因素试验时试验时不易看不易看出交互作用出交互作用正交试验设计法在垂直坐标上，按正交方法固定试验点多因素一次试验双因素为4个试验点方法科学简单，主要用于直直线线性性曲线复合试验设计法-正交星形选点法把正交与星形两者结合一起布置试验点多因素一次试验双因素为9个试验点三因素为15个试验点四因素为25个试验点五

11、因素为27个试验点为现代配方设计最主要的试验设计方法，适用各种复适用各种复杂杂的的变变量量试验试验，并可绘出等高线图。由于计计算量大算量大，通常用计算机处理多角形试验设计法把试验点安排在多角形的中心各个角上多因素一次试验双因素为6个试验点为最经济科学的试验设计方法，应用十分广泛常用配方试验设计方法常用配方试验设计方法半钢子午胎配方设计配方设计辅助方法配方设计辅助方法n辅助设计方法各有优缺点n作研究性配方设计时，多选用正交试验法、复合试验设计法、多角形试验设计法及拉丁方格布阵法等。正交试验设计法使用最多。n在对现有生产配方进行微调时，常选用0.618优选法、进展运筹法、星状布点法以及中心加任意点

12、法等，其0.618优选法在我国轮胎企业使用较多。n对多数有经验的配方设计人员，较习惯采用有针对性的经验筛选法。3配合体系配合体系半钢子午胎配方设计配合体系配合体系n 生胶n 补强、填充剂n 硫化剂、硫化促进剂n 防老剂n 粘合体系助剂n 加工助剂n 其它功能性助剂1半钢子午胎配方设计生胶生胶生 胶天 然 胶 合 成 胶烟 片 胶标 准 胶 复 合 胶丁 苯 胶顺 丁 胶异 戊 胶卤化丁基胶乙丙橡胶-2半钢子午胎配方设计天然胶（天然胶（NR）组 分烟片胶颗粒胶橡胶烃%92.894.0蛋白质%3.03.1丙酮抽出物%3.52.1水溶物%0.20.2灰分%0.20.2挥发分%0.30.4加工工艺对不

13、同品种天然胶化学组分的影响加工工艺对不同品种天然胶化学组分的影响3半钢子午胎配方设计天然胶（天然胶（NR）n天然胶分类方法天然胶分类方法n烟片胶-按外观进行分级的，产地及加工工艺对烟片胶性能影响较大。n标准胶-按杂质含量、P0、PRI、氮含量、挥发分、灰分等理化指标进行分级。其中杂质含量为主要指标，塑性保持率为次要指标，氮含量、挥发分及灰分为保证性指标。n复合胶-根据原胶品种及填充物品种进行分类。3半钢子午胎配方设计标准胶标准胶国产标准胶（SCR）SCR5、SCR10、SCR20马来西亚标准胶（SMR）SMR10、SMR20、SMR CV60泰国标准胶（STR）STR10、STR20、STR

14、CV60印度尼西亚标准胶（SIR）SIR10、SIR20印度标准胶（ISNR）ISNR10、ISNR20越南标准胶（SVR）SVR 3L、SVR10、SVR20新加坡标准胶（SSR）SSR10、SSR20部分常用标准胶牌号部分常用标准胶牌号4半钢子午胎配方设计n选用标准胶应关注的几个问题选用标准胶应关注的几个问题n门尼粘度的要求n国内外大多数工厂对标准胶的门尼粘度都有要求，用以保证混炼胶料有较小的门尼波动，以适应半部件对尺寸稳定性的要求。n10号标准胶及20号标准胶门尼值通常被规定为835、7或10。标准胶标准胶4半钢子午胎配方设计n主要性能指标对混炼胶特性的影响n塑性初值（P0）：与平均分子

15、量相关P0分子量胶料强力水平n塑性保持率（PRI）：与胶料的耐热老化水平相关 PRI耐老化程度n蛋白质含量：对胶料的硫化速度会产生一定影响n门尼粘度：与生胶的强度水平相关门尼粘度生胶强度胶料加工性能标准胶标准胶4半钢子午胎配方设计标准胶标准胶n原料生长环境及加工工艺的差异，导致相同牌号标准胶加工性能不同 nSMR门尼居中，性能波动小nSTR门尼居中，性能波动较SMR大nSIR门尼稍低，较SMR易加工但物性低nSVR门尼稍低，较SMR易加工但物性低，杂质较多4半钢子午胎配方设计标准胶标准胶4半钢子午胎配方设计复合胶复合胶n复合橡胶是指以天然胶为主（95%-99.5%），添加少量的硬脂酸和/或丁苯

16、橡胶、或顺丁橡胶、或异戊橡胶、或氧化锌、或炭黑、或塑解剂等，经混炼复合而成的橡胶。n复合胶属于生胶范畴。5半钢子午胎配方设计复合胶复合胶n常见复合胶种类n丁苯复合胶：在原胶中加入2.5%-5%的SBR1502和硬脂酸。如：加入2%的SBR1502和0.5%的硬脂酸n炭黑复合胶：在原胶中加入1%-5%的炭黑，一般为N330炭黑。常用的有加入1%N330炭黑复合胶n异戊二烯复合胶：在原胶中加入3.9%异戊胶5半钢子午胎配方设计复合胶复合胶项 目技术指标测试方法挥发分%,max.0.8GB/T 6737灰分%,max.1.0GB/T 4498P0 min.30GB/T 3517PRI min.40G

17、B/T 3517ML(1+4)1007010010GB/T 1232拉伸强度 MPa,min.18GB/T 528扯断伸长率%650GB/T 528500%定伸应力 MPa2.5-3.5GB/T 528标准复合橡胶技术指标标准复合橡胶技术指标复合胶自律规范复合胶自律规范5半钢子午胎配方设计复合胶复合胶项 目TSR 10TSR 20试验方法杂质（45m）%,max.0.100.20GB/T 8086P0 min.3030GB/T 3510PRI min.5040GB/T 3517氮含量%,max.0.60.6GB/T 8088挥发分%,max.0.80.8ISO 248灰分%,max.0.751

18、.0GB/T 4498ML(1+4)10070100107010010GB/T 1232拉伸强度 MPa,min.2020GB/T 528扯断伸长率%650650GB/T 528500%定伸应力 MPa2.5-3.52.5-3.5GB/T 528标准胶复合橡胶技术指标标准胶复合橡胶技术指标 NY/T1524-20075半钢子午胎配方设计合成胶合成胶n聚异戊二烯橡胶：IR、LIRn丁苯胶：ESBR、SSBR n顺丁胶：BR、LCBR、LBR n三元乙丙橡胶：EPDMn卤化丁基胶：CIIR、BIIR6半钢子午胎配方设计液体异戊胶（液体异戊胶（LIR）nLIR是一种无色、无味、粘稠的液体状异戊二烯橡

19、胶，具有活性增塑剂功能。与其它增塑剂相比，LIR具有很高的分子量，又可以参与硫化反应。LIR可以与NR、SBR、BR及EPDM通过硫黄或过氧化物实现共硫化。nLIR用于高硬度配方，可以提高胶料的加工性能，避免因使用操作油而导致胶料包括硬度在内的物性下降。n因液体异戊胶为极粘稠液体，不易称量，在使用中一般采用定量包装方式，方便投料。7半钢子午胎配方设计液体异戊胶（液体异戊胶（LIR）产品名称分子量密度(g/mm2)玻璃化转变温度()LIR-30290000.91-63LIR-50470000.91-63东工东工KOSEN株式会社株式会社LIR-30、LIR-50特性参数特性参数7半钢子午胎配方设

20、计充油丁苯胶充油丁苯胶n充油胶并不是在干胶基础上进行简单的油品填充。充油胶的原胶具有更高的平均分子量，因此充油胶的原胶比非充油胶在性能上具有优势，同时充油胶也具有更好的加工性能。n不同油品与橡胶的相溶性也不同，对橡胶的加工性能影响较大。高芳烃油与橡胶的相容性优于环保型芳烃油，因此充高芳烃油的橡胶加工性及自粘性较优。8半钢子午胎配方设计SBR 1500与与SBR 1502nSBR1500与SBR1502间的唯一区别是防老剂类型不同：nSBR1500采用是苯基-萘胺类防老剂，nSBR1502采用的是苯乙烯化苯酚类防老剂。n因防老剂用量很小，一般情况下二者物理性能基本一致n在实际生产过程中，胶料的硫

21、化特性还是稍有区别，因而对加工性能有所影响，在采用SBR1502与SBR1500等量替换时，需适当考虑胶料的焦烧安全性。9半钢子午胎配方设计SBR 1500与与SBR 1502项 目SBR1500SBR1502ML N.m1.11.2MH N.m4.14.1ts1 min11.17.8T50 min24.822.2T90 min36.635.3 Vc13.93.6硫化特性对比（硫化特性对比（145）9半钢子午胎配方设计SBR1712与与SBR1721 n两种充油丁苯胶的主要区别是苯乙烯含量不同：SBR1712为0.235，SBR1721为0.4nSBR1712胶料的硫化速度比SBR1721的快

22、，在实际应用中如用SBR1721等量替代SBR1712需适当增加促进剂的用量或选用快速促进剂以保证生产要求。nSBR1721结合苯乙烯含量较高，硫化胶的硬度、拉伸强度、扯断伸长率和永久变形均高于SBR1712，压缩生热略高于SBR1712，300%定伸和撕裂强度两者接近。10半钢子午胎配方设计SBR1712与与SBR1721项 目SBR1712SBR1721ML N.m0.390.41MH N.m1.441.64ts1 min4.124.12t50 min5.856.38t90 min8.6510.08 Vc122.116.8硫化特性对比（硫化特性对比（160）10半钢子午胎配方设计SBR17

23、12与与SBR1721项 目SBR1712SBR1721145硫化时间 min 253550253550硬度 邵氏A646767687272300%定伸应力 Mpa10.414.115.59.314.315.7拉伸强度 Mpa22.421.623.522.325.124.2扯断伸长率%564442433646527460永久变形%181412292619撕裂强度 kNm-14846阿克隆磨耗 cm3/1.61km0.0990.134压缩疲劳试验（冲程 4.45 mm，压力 1 Mpa，温度 55）温升 33.036.8终动压缩率%12.018.4永久变形%5.310.0tan（0）0.2500

24、.676tan（75）0.0990.125硫化胶物性对比硫化胶物性对比10半钢子午胎配方设计SBR1712与与SBR1721 nSBR1721与SBR1712相比，最突出的特点是：SBT1721胶料在0下的tan明显大于SBR1712，因此具有较优异的抗湿滑性，成为高速轿车轮胎胎面用胶的理想品种。n在T级（190km/h）以上高性能轿车轮胎胎面胶中，通常使用SBR1712/SBR1721并用胶，通过改变并用比得到理想的玻璃化转变温度，以适应不同速度级别轮胎的抗湿滑性能要求，n在赛车轮胎胎面胶中，则大比例或全部使用SBR1721，以满足对刹车安全性的要求。10半钢子午胎配方设计溶聚丁苯橡胶（溶聚

25、丁苯橡胶（SSBR）n溶聚丁苯胶是丁二烯、苯乙烯为单体通过溶液聚合得到的共聚物。n具有耐磨、耐屈挠、耐低温、生热低、回弹性好、收缩性低挤出尺寸稳定、混炼不易产生凝胶，以及硫化速度快等优点。n具有优异的湿抓着性、滚动阻力小、生热低，主要用于子午胎胎面。11半钢子午胎配方设计溶聚丁苯橡胶（溶聚丁苯橡胶（SSBR）n新型节能子午胎要求胶料强度高，抗湿滑性好，滚动阻力低（车辆的燃料中10%-20%是用来克服轮胎的滚动阻力的）。n溶聚丁苯橡胶则兼具了乳聚丁苯胶抗湿滑性好和天然胶和顺丁胶滚动阻力低的综合性能，适应了轮胎绿色环保的要求。n采用溶聚丁苯胶与乳聚丁苯胶相比：轮胎滚动阻力减少30%左右，抗湿滑性提

26、高3%左右，耐磨性提高11%左右，燃料消耗降低5%-6%。11半钢子午胎配方设计溶聚丁苯橡胶（溶聚丁苯橡胶（SSBR）n充油溶聚丁苯橡胶，具有更好的加工性能，在轿车子午线轮胎胎面胶中使用，可提高白炭黑的用量，减少炭黑用量，进一步降低轮胎的滚动阻力。11半钢子午胎配方设计溶聚丁苯橡胶（溶聚丁苯橡胶（SSBR）项 目SSBR 1204ESBR 1500BRML(1+4)100565242苯乙烯含量/%25235丁二烯结构顺式1,4/%24896反式1,4/%40.574乙烯基1,2/%35.518分子量小大小分子量分布窄宽窄玻璃化转变温度/-64-54-105SSBR、ESBR、BR结构比较结构比

27、较11半钢子午胎配方设计高顺式顺丁胶高顺式顺丁胶n因使用催化剂不同，高顺丁胶中顺式-1，4结构含量不同：n镍系96%-98%n钛系92%-94%n钴系96%-98%n钕系（稀土顺丁）96%-98%。12半钢子午胎配方设计低顺丁胶（低顺丁胶（LCBR）n低顺丁胶是以烷基锂为引发剂在非极性溶剂中聚合的丁二烯均聚物，分子量分布较窄，顺式含量35%42%，常用的低顺丁胶顺式含量为38%-40%。n与高顺丁胶相比，物理机械性能接近，但弹性较低、生热较大，工艺性能不如高顺丁胶，冷流倾向大、包辊性、粘着力差。13半钢子午胎配方设计低顺丁胶（低顺丁胶（LCBR）n由于LCBR滚动阻力低、耐磨、抗湿滑性好、低生

28、热、高强度而被誉为“节能橡胶”。主要用于高性能轮胎的胎侧胶和胎面胶n在轮胎子口部位，由于与轮辋接触需要优异的耐磨性能和较高的硬度，填充三角胶中需要既有较低的滞后损失，和较低的压缩永久变形，低顺式聚丁二烯橡胶通过配方设计比普通顺丁橡胶更容易满足这些性能要求，且结合碳黑量高，加工性能好，胶料具有较低的滞后损失、低压缩永久变形和良好的耐磨性等特点，因此低顺式聚丁二烯在轮胎的子口胶和填充胶中得到广泛应用。13半钢子午胎配方设计低顺丁胶（低顺丁胶（LCBR）n目前国内使用的牌号主要有：n意大利埃尼公司（POLIMERI EUROPA）的INTENE 50和朗盛公司的CB45NF。n上海高桥（采用日本旭化

29、成技术）也生产轮胎用低顺式聚丁二烯橡胶，牌号为A50RE（门尼粘度50）、A35R（门尼粘度35）和A531（充油型，27%），但因生产量较小，质量不是很稳定。13半钢子午胎配方设计液体顺丁胶（液体顺丁胶（LBR）n液体顺丁胶是采用新技术合成的新型高分子材料，分子量分布宽，玻璃化温度低，具有粘性大，粘温性能好，低温粘性高，与其它高分子材料互混性好。n液体顺丁胶作为特殊软化剂，在不影响胶料物性的同时，可以降低混炼时间，降低挤出温度，增加部件粘性，减少胶料滞后损失，降低生热。nLBR目前国内有生产，牌号为LBR-50，平均分子量5万。14半钢子午胎配方设计高乙烯基聚丁二烯橡胶（高乙烯基聚丁二烯橡胶

30、（HVBR）n乙烯基聚丁二烯橡胶是应用聚合物分子设计技术制造的通用型橡胶，具有优良的牵引性能、拉伸强度和低生热性能、以及类似SBR的抗湿滑性能，同时又具有较低的滚动阻力，成为节能轮胎的首选橡胶。n高乙烯基聚丁二烯橡胶（乙烯基质量分数为0.60-0.80），因具有良好的抗湿滑性能，较低的滚动阻力和生热，被指定用于低滚动阻力、高抗湿滑性能轮胎胎面胶。15半钢子午胎配方设计15高乙烯基聚丁二烯橡胶（高乙烯基聚丁二烯橡胶（HVBR）半钢子午胎配方设计高乙烯基聚丁二烯橡胶（高乙烯基聚丁二烯橡胶（HVBR）项 目HVBRSSBR密度/（Mgm-3）1.1261.139硬度/邵尔A6168300%定伸应力/

31、MPa10.7810.788.82拉伸强度/MPa19.5819.5818.26拉断伸长率/%462466拉断永久变形/%11.215.6撕裂强度/（kNm-1）3939阿克隆磨耗/cm30.350.34压缩永久变形/%1.42.3压缩生热/28287676湿滑指数/%146.6146.6115.5115.5干滑指数/%154.3154.3136.2136.2损耗因子（tan）00.2460.2460.1420.142200.1670.1670.1340.134600.1020.1020.1520.15215硫化胶性能对比硫化胶性能对比半钢子午胎配方设计三元乙丙橡胶（三元乙丙橡胶（EPDM）n

32、三元乙丙橡胶是以乙烯、丙烯和少量非共轭二烯为第三单体的共聚物n优异的耐热老化、耐臭氧老化、耐天候老化和化学稳定性n低密度和高填充性n良好的弹性和抗压性n卓越的耐水性n可以用硫黄硫化，硫化速度慢，粘性差n可与不饱和橡胶并用，通常用于彩色胎侧。16半钢子午胎配方设计三元乙丙橡胶（三元乙丙橡胶（EPDM）n目前国内使用的三元乙丙胶主要牌号主要为n第三单体ENB含量低、硫化速度慢的埃克森6505和2605n第三单体ENB含量高、硫化速度快的日本合成橡胶公司EP43和朗盛公司EPT6250、EPG6160。16半钢子午胎配方设计卤化丁基胶卤化丁基胶 n轮胎制造中采用的卤化丁基胶主要为氯化丁基橡胶（CII

33、R）和溴化丁基橡胶(BIIR)。n具有空气透过率低的特点，广泛应用于轮胎的气密层配方中，随卤化丁基橡胶用量的增加，轮胎的气密性能越好。采用卤化丁基橡胶能起到保压和保护胎体免受空气中的氧和水分的侵蚀作用。17半钢子午胎配方设计卤化丁基胶卤化丁基胶 n采用卤化丁基橡胶制造气密层应注意以下几点：n易焦烧，混炼时要求排胶温度低，ZnO应在终炼阶段加入。n胶料自粘性差，需添加混合型增粘树脂，如碳氢树脂混合物40MSF等。n自硫化强，应采用低硫或无硫配方。17半钢子午胎配方设计胎面胶粉胎面胶粉n胎面胶粉是指用废旧轮胎胎面经物理粉碎至一定细度得到的胶粉。n在子午胎中通常使用的是40目、60目、80目的胎面胶

34、粉。n在胶料中掺用一定量的胶粉可以改善胶料的流动性压延、压出速度快、半成品外观缺陷少，同时对胶料的疲劳强度、耐屈挠、抗龟裂、抗裂口增长有贡献。n加入胶粉可以相应减少材料成本。18半钢子午胎配方设计炭黑炭黑n炭黑三大基本特性n比表面积n结构性n表面性质n炭黑的三大基本特性，对橡胶的工艺性能及补强效果有着根本影响 19半钢子午胎配方设计炭黑炭黑n比表面积n炭黑比表面积越大对橡胶的化学结合和物理吸附越好，补强效应越高。n炭黑比表面积常用的测试方法有三种nBET法（氮吸附法）nCTAB法（大分子吸附法）n碘吸附法n氮吸附比表面积与CTAB比表面积之比用来表征炭黑粗糙度（K），K值越大，炭黑表面微孔越多

35、，补强性能及分散性下降，胶料工艺性能变差，压出操作困难，硫化胶耐磨性、耐屈挠性下降低，但回弹性、撕裂强度提高。19半钢子午胎配方设计炭黑炭黑n结构性n炭黑聚集体形态的复杂程度决定炭黑的结构性。n通常用吸油值法来评价炭黑的结构性nDBP吸收值法n压缩样DBP吸收值法，基本反映了一次结构特性n只有当比表面积相同时，吸油值才能真正反映出炭黑结构性的高低。n炭黑结构性越高，对应胶料粘度、定伸应力、硬度越高，加工性能好。19半钢子午胎配方设计炭黑炭黑n表面性质n炭黑表面的化学活性是构成补强性能的最基本因素之一，它使炭黑在混炼过程中与橡胶分子产生化学结合，生成炭黑结合胶（炭黑凝胶）。n炭黑化学活性越大，结

36、合橡胶生成量越多，从而使胶料门尼粘度提高、压出口型膨胀和半成品收缩率加大、压出速度减慢，而硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等物机性能提高。n炭黑表面的酸碱性直接影响胶料的硫化速度，子午胎常用的炉法呈碱性，有促进硫化的作用，在用量很大时有引起焦烧的危险。n炭黑的表面活性十分复杂，通常可用挥发分、pH值等项目得到一定程度的反映。19半钢子午胎配方设计炭黑炭黑n半钢子午线轮胎中常用的炭黑品种n超耐磨炭黑：N110、N115、N121n中超耐磨炭黑：N234、N220n高耐磨炭黑：N326、N375、N351、N330n快压出炭黑：N539、N550n通用炭黑：N66019半钢子午胎配方设计炭黑炭黑

37、n混炼程序对炭黑补强性的影响n具有相同截面积的极性化学物质的吸附能力比烷烃高，当炭黑与防老剂、硬脂酸等极性配合剂接触时，聚合物分子链吸附到炭黑表面活性中心的数量会大大减少，且这此配合剂分子一旦被吸附到炭黑表面上，就很难被聚合物分子链置换。n从聚合物-炭黑相互作用角度来看，炭黑胶料混炼最优方式应是把炭黑混入后再添加油和其它助剂。在实际应用中，在考虑混炼工艺可行性的同时，应尽量减少炭黑与油和其它助剂的接触时间。19半钢子午胎配方设计炭黑炭黑n选用炭黑时应关注的几个方面n全面考虑胶料的物机性能、动态性能和工艺特性。n应选择适合于混炼设备的炭黑品种。n使用带炭黑输送系统的密炼设备，应选用粒子强度高的湿

38、法造粒炭黑n没有炭黑风送系统，可选择粒子强度稍低一些的炭黑n在炭黑产品验收检测项目中，除了要关注DBP吸收值、吸碘值等关键性指标外，还应关注加热减量和细粉含量这样的次要指标值，若这些值超标也应限制使用，或采取处理措施后再投入使用。19半钢子午胎配方设计白炭黑（白炭黑（SiO2nH2O）n与炭黑相比，表面积更高，粒子更细，表面高极性，与极性化学物质物相互作用非常强，与烃类橡胶相互作用弱，须经偶联剂进行表面改性。n白炭黑表面微孔比炭黑多，所以比表面积增大对补强性提高不及炭黑明显。20半钢子午胎配方设计白炭黑（白炭黑（SiO2nH2O）n白炭黑表面亲水性强，不利于补强，含水高会导致结团、有焦烧倾向。

39、n白炭黑表面大量的OH基的活性会吸附促进剂，并迟延硫化。n白炭黑的pH值对硫化速度影响显著npH值在8以上时，硫化速度快npH值在5以下时硫化速度慢n在胶料中加入填料量1%-3%的活性剂，可以调整硫化速度并改善物性，同时还要注意修正硫化剂用量。20半钢子午胎配方设计白炭黑（白炭黑（SiO2nH2O）n使用白炭黑可提高胶料的定伸应力、撕裂强度，改善抗屈挠疲劳性能、降低生热。但随着白炭黑用量的增加，会引起加工过程困难，主要体现在分散难，挤出（压延）生热较大等。n目前白炭黑产品形态分颗粒、微珠与粉状三种，应尽量选用颗粒或微珠形态白炭黑，易于称量，也有利于分散，微珠形态操作性更好。也可以采用定量包装方

40、式，省去称量环节，此方式适合于配合量较固定的工厂。20半钢子午胎配方设计硫化体系硫化体系n硫化体系助剂n硫化剂n促进剂n活化剂n防焦剂 21半钢子午胎配方设计硫化剂硫化剂n在常温下硫黄在橡胶中的溶解度约为1%，超出这一范围则会喷出橡胶表面，产生所谓喷霜现象。n不溶性硫黄是一种亚稳态产品，在100至130时发生返原反应，转化为可溶性硫黄。因此在混炼时应在低于90条件下加入不溶性硫黄，排胶温度不应超过100。n不溶性硫黄粒径小，存在静电积聚趋势，在混炼时易结团，导致分散不均匀，所以在配方中多选用充油型不溶性硫黄，如IS-6033、IS-7020等。22半钢子午胎配方设计硫化剂硫化剂nDTDM（4,

41、4-二硫代二吗啡啉），在有效及半有效硫化体系中用作硫黄给予体。nDTDM在天然胶及合成胶中具有抗热、抗返原、抗老化性能，胶料不喷霜、贮存安全性好的优点。22半钢子午胎配方设计促进剂促进剂n子午线轮胎中最常用的促进剂为次磺酰胺类促进剂，如CZ、NS、NOBS、DZ等。该类促进剂具有诱导期长及硫化速度快的特点，称为迟效性促进剂。n迟效快速硫化是子午线轮胎硫化技术的主要特征。诱导期长，保证胶料硫化时在模腔内能充分流动、浸润帘线并向帘线缝隙内渗透，同时在正硫化温度下以可快速完成硫化反应、增进粘合反应。23半钢子午胎配方设计促进剂促进剂通用名产品特性MBTS/DM硫化速度中等、硫化平坦性好，适用于大多数

42、通用橡胶，在浅色胶料中无污染、不褪色。在合成胶中通常需要与副促进剂并用CBS/CZ焦烧安性好、硫化速度快、硫化胶模量高，适用范围广，在EPDM中是活性最高的次磺酰胺促进剂DZ与CBS、MBS、TBBS相比，焦烧时间长、硫化速度慢、硫化胶模量低，因此用量较高，通常用于钢丝胶配方，以提高粘合力MBS/NOBS焦烧时间长，未硫化胶贮存稳定性好，适用于厚制品及炉法炭黑填充量高的胶料TBBS/NS适用于NR、BR、SBR，硫化速度快，硫化胶模量高TMTD可用作主、副促进剂及硫黄给予体，易焦烧、硫化速度快，在无硫及有效硫化体系中产生极好的硫化平坦期，且有良好的抗热老化及抗压缩变形性能。不污染可用于浅色胶料

43、DPG在NR和SBR中用作噻唑类及次磺酰胺类促进剂的副促进剂23部分常用促进剂特性部分常用促进剂特性半钢子午胎配方设计活化剂活化剂n在硫黄硫化体系中，普遍应用氧化锌与硬脂酸组成的活化体系。n硬脂酸用量不宜过多，否则会产生喷霜现象，降低胶料粘性，并能迟延硫化。24半钢子午胎配方设计防焦剂防焦剂n防焦剂不是所有胶料必须添加的，如果通过配方设计和设备工艺条件的调整难以达到理想的操作安全性时，则必须添加防焦剂，调整硫化诱导期，满足生产安全性的要求。n子午胎胶料常用的防焦剂为CTP（N-环乙基硫代邻苯二甲酰亚胺），用量不易过大，当超过0.5份时会引起喷霜。25半钢子午胎配方设计防老剂防老剂n导致子午线轮

44、胎使用过程中产生老化的主要因素有：热氧老化、臭氧老化、疲劳老化及光氧老化。n目前主要应用的化学防老剂和物理防老剂两类 26半钢子午胎配方设计防老剂防老剂n常用化学防老剂n6PPD又称防老剂4020，具有极好动态防护臭氧能力，即使在低浓度下抗屈挠、抗臭氧性能优良。nTMQ又称防老剂RD，是常用的高效抗氧剂，对高温氧化及金属钝化有长效抑制作用。nDTPD又称防老剂3100，分子量大、迁移速度较慢，防护作用时间长，可与4020并用，以弥补后期防护作用不足，同时抗金属毒性比4020好，没有使用4020等防老剂轮胎外观变红的缺陷。nWH-100Z：烷基酚、多胺化合物与有机复配的增效型橡胶防老剂。在结构中

45、引入不同防老化官能团，具有良好的抗氧、抗臭氧性能，尤其用于浅色胶料或与浅色胶料相邻的胶料中，不污染、不迁移变色。26半钢子午胎配方设计防老剂防老剂n常用物理防老剂n微晶蜡n熔点高，迁移速度慢，结晶小而均匀，蜡膜与橡胶结合牢固，屈挠性好，成膜后防护性能优良。n对静态臭氧龟裂的防护有效。n与化学抗臭氧剂配合使用有协同作用，效能提高，用量通常为1-2份，超过超过其在橡胶中的溶解度。26半钢子午胎配方设计HRH粘合体系粘合体系n在橡胶与纤维、钢丝等骨架材料的粘合胶料中采用间苯二酚或其衍生物作为间苯二酚给予体，六亚甲基四胺或六甲基氧基甲基蜜胺作为亚甲基给予体，白炭黑作为粘合增进剂组成的粘合体系被称为HR

46、H粘合体系（间-甲-白粘合体系）。27半钢子午胎配方设计HRH粘合体系粘合体系nHRH体系的粘合机理n在硫化温度下，间苯二酚给予体与亚甲基给予体反应生成具有继续反应能力的粘合树脂n所生成的树脂再进行与纤维表面以化学键合和分子间作用双重特征的粘合反应，以及与橡胶的以亚甲基桥和氧杂萘结构为特征的硫化反应，形成一种树脂网络与硫化胶网络互穿结构。n白炭黑因表面的酸性硅烷醇结构，对间-甲粘合树脂的生成起到催化作用，同时因其酸性迟延了硫黄硫化，使在硫化温度下硫化反应与粘合反应同步。27半钢子午胎配方设计HRH粘合体系粘合体系nHRH体系常用助剂产品n间苯二酚给予体n间苯二酚n间苯二酚复合物（R-80、RS

47、）n过量间苯二酚的预缩合树脂（RF、RE）n间苯二酚-六亚甲基四胺络合物（RH）等；n亚甲基给予体n六亚甲基四胺（HMT）n六亚甲基四胺复合物（H-80）n六甲氧基甲基蜜胺（粘A）n六甲氧基甲基蜜胺复合物（RA、RA-50、RA-60、RA-65）27半钢子午胎配方设计HRH粘合体系粘合体系n胶料混炼时应注意n间、甲两个组分应在适宜温度下分段混入，避免在混炼阶段发生树脂化反应，以保证胶料在轮胎模腔内能充分流动，使树脂化反应与硫化同步进行，即产生共硫化，形成理想的互联网络结构。27半钢子午胎配方设计钴盐粘合体系钴盐粘合体系n应用钴盐粘合体系要严格控制胶料中钴的含量n通常钴盐配合量折合成金属钴质量

48、为橡胶烃质量的0.2%-0.3%。n胶料中钴离子含量过高，不仅促进生成大量CuxS，同时催化橡胶老化；n过少则难于形成CuxS，不能获得良好的粘合效果。n硼酰化钴和新癸酸钴中金属钴含量高，反应活性高，具有良好的耐湿热和耐盐水老化性被广泛应用。28半钢子午胎配方设计钴盐粘合体系钴盐粘合体系n橡胶与镀铜钢丝粘合的关键是控制硫化与粘合两个反应的协同作用，在应用时需注意以下几点：n胶料中必须增加硫黄配合量，以满足两个反应对硫的需求；n硫化体系应配用迟效性促进剂，否则硫化反应过快影响粘合反应；n选用适合的钴盐及配合量，控制CuxS的生成速度，避免因生成速度过快，活性的CuxS继续反应生成非活性二价CuS

49、，影响粘合反应。28半钢子午胎配方设计加工助剂加工助剂n增粘剂 n石油树脂（C5树脂、改性C5树脂）n对叔丁基苯酚-乙炔树脂（Koresin树脂）n对叔丁基苯酚甲醛树脂（204树脂）n对辛基苯酚甲醛树脂（203树脂）n改性烷基酚醛树脂（TKM系列树脂）n苯乙烯-茚树脂n 29半钢子午胎配方设计加工助剂加工助剂n软化剂n芳烃油（污染）n环烷烃油（非污染）n塑解剂n五氯硫酚锌盐（PCTPZ），又称塑解剂B（SJ-103）n硅烷偶联剂29半钢子午胎配方设计抗返原剂抗返原剂n抗返原剂常见的有PK900n作用机理：在硫黄交联键返原处插入新的热稳定C-C交联键以减少由硫化返原引起的胶料物理性能的损失。n不

50、论是过硫、高温硫化还是高温使用所产生的返原均可形成新的交联键。nPK900在硫化初始阶段不发生反应，因而不影响焦烧及硫化时间，无需对配方及工艺进行修正可直接使用。n用量n有效至半有效硫化体系0.25-0.4份n其它硫化体系0.75份30半钢子午胎配方设计配合体系与硫化胶物机性能的关系配合体系与硫化胶物机性能的关系n拉伸强度n与生胶体系的关系n结晶橡胶、主链上有极性取代基或芳基的橡胶有较高的拉伸强度n与补强体系的关系n填充剂粒径越小、表面活性越大、结构性越高，补强效果越好n与硫化体系的关系n拉伸强度随交联键能增加而减小，多硫键具有较高的拉伸强度n随着交联键密度增加，拉伸强度出现一个极大值后下降n