半钢PCR子午轮胎配方设计.ppt

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1、半钢子午胎配方设半钢子午胎配方设 计计 2008年10月 北京 轮胎特性 半钢子午胎配方设计 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2 半钢子午胎配方设计 轿车轮胎结构2 n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、三角胶

2、n子口护布 半钢子午胎配方设计 轿车轮胎结构2 n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3 半钢子午胎配方设计 轻卡轮胎结构3 n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3 n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，可不做分

3、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 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

4、耐动态疲劳 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 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 半钢子午胎配方设计 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，又相互联

5、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”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 n配方设计 利用所掌握的有关理论和实践经验，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、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 料物机性能及成本等要素的过程。 1 半钢子午

6、胎配方设计 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 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”，是基本原则。 n在保证质量的前提下，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

7、方设计 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 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- 3轮 方法简便可靠，对对技 术经验术经验 的依赖赖性强 ，亦或作双因素试验 。缺点是试验点数及

8、 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 验验范围较围较 窄 半钢子午胎配方设计 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，取中心和4个边点 共5个试验点，然后以第一次 试

9、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 试验试验 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，需要有配方设计设计 经验经验 ，可用于各种配 方试验，缺点为受随 意性的影响较较大 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 方法科学

10、简单，能用 于多种配方试验，缺 点为试验试验 点数略多 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 ，缺点是多因素试验时试验时 不 易看出交互作用 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 线线性曲线 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

11、验 点 五因素为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 复杂杂的变变量试验试验 ，并可绘 出等高线图。由于计计算量 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 半钢子午胎配方设计 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

12、加任 意点法等，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 半钢子午胎配方设计 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 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（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

13、.20.2 灰分 %0.20.2 挥发 分 %0.30.4 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（NR） n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 国产标 准胶（SCR）SCR5、SCR10、SCR20 马来西亚标 准胶（SMR）SMR10、SMR20、SMR CV60 泰国标

14、准胶（STR）STR10、STR20、STR 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 4 半钢子午胎配方设计 n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

15、响 n塑性初值（P0） ：与平均分子量相关 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4 半钢子午胎配方设计 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4 半钢子午胎配方设计 复合胶 n复合橡胶是指以天

16、然胶为主（95%-99.5%）， 添加少量的硬脂酸和/或丁苯橡胶、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 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 项 目技术指标测试 方法 挥发 分 %, max.0.8GB/T 6737 灰分

17、 %, max.1.0GB/T 4498 P0 min.30GB/T 3517 PRI min.40GB/T 3517 ML(1+4)1007010GB/T 1232 拉伸强度 MPa,min.18GB/T 528 扯断伸长率 %650GB/T 528 500%定伸应力 MPa2.5-3.5GB/T 528 标准复合橡胶技术指标复合胶自律规范 5 半钢子午胎配方设计 复合胶 项 目TSR 10TSR 20试验 方法 杂质 （45m） %,max.0.100.20GB/T 8086 P0 min.3030GB/T 3510 PRI min.5040GB/T 3517 氮含量 %, max.0.6

18、0.6GB/T 8088 挥发 分 %, max.0.80.8ISO 248 灰分 %, max.0.751.0GB/T 4498 ML(1+4)10070107010GB/T 1232 拉伸强度 MPa,min.2020GB/T 528 扯断伸长率 %650650GB/T 528 500%定伸应力 MPa2.5-3.52.5-3.5GB/T 528 标准胶复合橡胶技术指标 NY/T1524-2007 5 半钢子午胎配方设计 合成胶 n聚异戊二烯橡胶：IR、LIR n丁苯胶：ESBR、SSBR n顺丁胶：BR、LCBR、LBR n三元乙丙橡胶：EPDM n卤化丁基胶：CIIR、BIIR 6 半

19、钢子午胎配方设计 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 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（LIR） 产品名称分子量 密度 (g/mm2) 玻璃化转变温度 () LIR-30290000.91-63 LIR-5047

20、0000.91-63 东工KOSEN株式会社 LIR-30、LIR-50特性参数 7 半钢子午胎配方设计 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SBR 1502 nSBR1500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， n

21、SBR1502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SBR 1502 项 目SBR1500SBR1502 ML N.m1.11.2 MH N.m4.14.1 ts1 min11.17.8 T50 min24.822.2 T90 min36.635.3 Vc13.93.6 硫化特性对比（145） 9 半钢子午胎配方设计 SBR1712与SBR1721 n

22、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0.4 nSBR1712胶料的硫化速度比SBR1721的快，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SBR1721 项 目SBR1712SBR1721 ML N.m0.390.41 MH N.m1.441.64 ts1 min4

23、.124.12 t50 min5.856.38 t90 min8.6510.08 Vc122.116.8 硫化特性对比（160） 10 半钢子午胎配方设计 SBR1712与SBR1721 项 目SBR1712SBR1721 145硫化时间 min 253550253550 硬度 邵氏A646767687272 300%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 cm3/1.61k

24、m0.0990.134 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 %5.310.0 tan（0） 0.2500.676 tan（75）0.0990.125 硫化胶物性对比 10 半钢子午胎配方设计 SBR1712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

25、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（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（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1

26、0%-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（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（SSBR） 项 目SSBR 1204ESBR 1500BR ML(1+4)1

27、00565242 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/-64-54-105 SSBR、ESBR、BR结构比较 11 半钢子午胎配方设计 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（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

28、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（LCBR） n由于LCBR滚动阻力低、耐磨、抗湿滑性好、低生热、 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

29、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（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（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

30、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（ 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

31、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（ HVBR） 半钢子午胎配方设计 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A6168 300%定伸应力/MPa10.788.82 拉伸强度/MPa19.5818.26 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/2876 湿滑指数/%146.6115.5 干滑指数/%154.3136.2 损耗

32、因子（tan） 00.2460.142 200.1670.134 600.1020.152 15 硫化胶性能对比 半钢子午胎配方设计 三元乙丙橡胶（EPDM） n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（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 2605 n第三单体ENB含量高

33、、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 n轮胎制造中采用的卤化丁基胶主要为氯化丁基 橡胶（CIIR）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 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40M

34、SF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 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 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 n比表面积 n炭黑比表面积越大

35、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，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 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

36、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 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

37、项 目得到一定程度的反映。 19 半钢子午胎配方设计 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、N121 n中超耐磨炭黑：N234、N220 n高耐磨炭黑：N326、N375、N351、N330 n快压出炭黑：N539、N550 n通用炭黑：N660 19 半钢子午胎配方设计 炭黑 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，

38、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 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

39、午胎配方设计 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（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。 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

40、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（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 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 n在常温下硫黄在橡胶中的

41、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 nDTDM（4,4-二硫代二吗啡啉），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

42、胎配方设计 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 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 EPD

43、M 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 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 半钢子午胎配方设计 活

44、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 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 n导致子午线轮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

45、老剂和物理防老剂两类 26 半钢子午胎配方设计 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

46、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 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，超过其在橡胶中的溶解度。 26 半钢子午胎配方设计 HRH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HRH粘合体系（间-甲-白粘合体系 ）。 27 半钢子午胎

47、配方设计 HRH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 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） n过量间苯二酚的预缩合树

48、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 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 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Cu