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轮胎胶料配方设计第一节 轮胎各部件胶料配方设计一、胎面胶、胎侧胶配方设计1、胎面胶、胎侧胶性能要求（1）胎面胶性能要求 由于胎面是轮胎与路面直接接触的部位，承受着轮胎最苛刻的外应力作用，经常出现的损坏形式为胎面磨光、刺扎损坏、花纹崩花及裂口，导致胎体爆破，影响轮胎的使用寿命因此，胎面胶应具有优越的耐磨性，较高的拉伸强度和撕裂强度，良好的耐老化、耐屈挠、耐热、抗刺扎和抗花纹沟裂口等性能2）胎侧胶性能要求 胎侧即轮胎两侧，是侧向变形最大的部位，胎侧胶较薄，用以保护胎体免受机械损伤及日光、风雨的侵蚀，其损坏形式为屈挠龟裂、机械损伤因此，胎侧胶应具有良好的强伸性能及耐屈挠龟裂、耐大气老化等性能胎面胶、胎侧胶可用一种胶料制备，但一种胶料难以同时满足各种不同性能的要求目前大中型载重轮胎已普遍采用分层出形的复合胎面胶，既利于提高产品质量，又可降低成本分层压出形式常用的有以下三种形式①胎冠上层用一种胶料，胎冠下层胶与胎侧共用一种胶料②胎冠上、下层用一种胶料，胎侧用另一种胶料③胎冠、胎肩、胎侧分别采用三种胶料2、胎面胶、胎侧胶配方（1）胎面胶配方特点 胎面胶与胎冠上层胶配方相同①常用生胶品种有NR、SBR 和BR。

NR 具优异的弹性、拉伸强度和耐磨性能，是轮胎胶料中理想的胶种，虽然使用中出现裂口较快，但其扩展速率比SBR 和BR慢SBR 具有优良的耐磨和耐老化性能BR 的弹性更优于NR 并具有良好的耐磨性和生热低的特点，适宜用于轮胎胎面胶较料中通常大型轮胎如工程机械轮胎胎面以NR 单用为宜中小型轮胎胎面胶则以NR为主，掺用SBR 或BR，拖拉机轮胎胎面也可采用三胶并用的配方②主要补强剂是cb，可根据胶料性能要求和生胶类别确定cb 品种及用量胎面胶采用活性cb,一般总用量为45～50 质量份以下均用“份”代表“质量份”来表示配合剂用量③硫化体系中硫磺用量根据选用胶种而定，全天然橡胶配方硫磺用量为2.5～2.8 份，掺用SBR 或BR 的配方，以采用低硫高促体系一般掺用30%SBR，硫磺用99量为2.0～2.3 份，掺用30%BR，硫磺用量为1.2～1.5 份，若BR 用量增至70%时，硫磺用量只用0.6～0.9 份促进剂品种及用量与硫磺量应相配合，同时视生胶种类和cb 品种而定活性剂一般ZnO 3～5 份，SA 2～3 份④软化剂品种和用量应视生胶及炭黑品种用量而定，同时考虑与生胶有良好的互溶性天然胶胶料可用松焦油，一般为3～8 份。

掺用合成橡胶的胶料，宜选用石油系软化剂，常用的有环烷烃油、三线油、六线油、锭子油和机油，用量约6～12 份，顺丁橡胶掺用量增大时，用量适当增大⑤防老剂一般采用综合性能较好的对苯二胺类防老剂，如4010、4010NA、4020、或与BLE、RD、AW 并用，总用量为2～4 份配用物理防老剂石蜡1～2 份，可获取优异的防老化效能并可改善胎面外观质量2）胎侧胶配方特点 胎侧胶与胎面胶下层配方相同生胶品种可采用全天然橡胶或以天然橡胶为主，掺用30～50%的丁苯橡胶或顺丁橡胶Cb 可以补强型炉黑为主，掺用半补强型炉黑，用量一般约为55 份防老剂用量可高达3 份现在已生产出白色或各种颜色胎侧胶的轮胎这种浅色胎侧胶配方宜选用无污染型的配合剂，如补强剂用改性陶土、白炭黑和钛白粉等，防老剂选用246、SP 或MB 等品种相邻胶料不宜选用有迁移性、污染性的配合剂（如软化剂、防老剂等），浅色胎侧胶配方见表所列（3）胎面胶、胎侧胶配方举例 见表所列二、胎体胶料配方设计1、胎体胶料性能要求胎体胶料包括缓冲层、外帘布层及内帘布层胶料和油皮胶等（1）缓冲层胶料性能要求 缓冲层是胎面胶与帘布层之间的过渡层，在轮胎行驶过程中，不但是承受剪切应力最大的部位，而且还要缓和和分散外部冲击应力，避免因局部应力过大造成帘布层早期损坏，因此要求胶料具有较高定伸应力、弹性和抗剪切性能，同时要求生热低、耐热性好。

2）帘布层胶料性能要求 帘布层因连线密度不同分为外帘布层和内帘布层，外帘布层位于缓冲层与内帘布层之间，形成过渡层结合因此要求胶料与帘线具有良好的粘合性能，使胎体成为牢固的整体，并要求胶料生热低、耐热及耐屈挠疲劳性好3）油皮胶料性能要求 油皮胶位于外胎的内表面，在内帘布层的里层，起保护内胎及避免空气和水分侵蚀帘布层的作用因此要求胶料有一定的强伸性能和较好的耐老化性能，而且要求胶料硫化起点较快，可塑性不宜过大，防止在硫化过程中向帘布层迁移影响帘布层的性能2、胎体胶料配方100（1）配方特点 目前胎体大多数采用尼龙帘线，胶料配方应考虑与帘线的良好粘合及与外胎各部件的整体配合①生胶品种通常可用纯天然橡胶或以天然橡胶为主，掺用部分BR 或SBR掺用比例一般根据轮胎品种和规格而定，合成橡胶掺用量以不超过30%为宜，通常大型轮胎合成橡胶掺用量应少些，外层帘布胶掺用量比内层帘布胶略少轮胎胶料含胶率从缓冲层、外帘布层至内帘布层依次逐渐增大，相互配合，缓冲层胶一般不低于62%，外层帘布胶不低于63%，内帘布层胶不低于64%②补强剂品种及用量应根据不同部位胶料要求而定，cb 用量应视帘线种类与合成橡胶掺用比例定。

③软化剂品种及用量以不影响胶料粘合性及滞后性能为选定原则天然橡胶胶料可单用松焦油和古马隆树脂，用量为3～4 份，掺用合成橡胶胶料常用芳香烃含量较高的石油软化剂如三线油、六线油，用量为3～5 份④硫化促进体系可根据胎体骨架材料和生胶品种而定，一般人造丝或尼龙帘线胎体，NR 与SBR 并用胶料硫磺用量为2.0～2.2 份，NR 与BR 并用胶料硫磺用量为1.5～2.0 份钢丝帘线的胎体，为提高胶料与钢丝的粘合性能，硫磺用量较高，为4 份左右促进剂品种应选用硫化过程中诱导期较长的后效性促进剂，使胶料有良好的粘流状态，利于胶与帘线的结合2）配方实例见表4-2 所列三、胎圈胶料配方设计1、胎圈胶料性能要求及配方特点 胎圈由多部件组成，有钢丝圈、填充胶条、钢圈包布、胎圈包布和帘布层，要求部件之间胶料有良好的粘合性能，使胎圈形成一个牢固整体①钢丝圈胶料要求与钢丝有良好的粘合性能，胶料硬度较高，不低于70（邵氏A），胶料强伸性能要求不高，拉伸强度≥4.9MPa，扯断伸长率≥200%，含胶率较低，约为30%因此胶料中宜选用纯天然橡胶与高硫磺量的配合，硫磺用量为7～10 份，甚至高达20 份，氧化锌用量可略增加。

钢丝圈胶料为半硬质胶，采用大量的半补强炉黑和无机添充剂，如碳酸钙、陶土等，还可以掺用少量再生胶，利于改善胶料的工艺性能，又可降低成本，软化剂可选用提高胶料粘着性能的松焦油、沥青和松香等品种②填充胶条胶料要求有较高的硬度，不低于70（邵氏A），起填充空隙作用，使胎圈部轮廓均匀过渡，避免应力集中而损坏胶料强伸性能要求不高，拉伸强度≥2.9MPa，扯断伸长率≥250%，含胶率很低，为15%左右因此胶料中除天然橡胶外可产用再生胶和大量填料，如炭黑、碳酸钙等，也可掺用部分合成橡胶以改善胎101圈脱空的毛病③钢圈包部胶料和胎圈包布胶料可用同一种配方，便于生产管理钢圈包布用以包裹钢丝圈和填充胶条组成钢圈；胎圈包布是包在胎圈外层，用以保护胎圈的帘布层免受轮辋磨损包布均为挂胶尼龙帆布，因此要求胶料具有良好的粘着性能及耐老化性能，胶料应有一定的强伸性能，拉伸强度≥17.65MPa，扯断伸长率≥500%，含胶率一般在50%左右生胶品种可选用低级天然橡胶，也可掺用部分丁苯橡胶，炭黑和无机填充剂并用，软化剂选用增加粘性的品种如松焦油、沥青、松香等，便于擦胶工艺操作，用量一般较大2）配方实例 斜交载重汽车轮胎胎圈各部件胶料配方见表所列。

四、水胎、胶囊、内胎、垫带胶料配方设计（1）水胎、胶囊胶料配方设计 水胎与胶囊作用相同，用以硫化外胎做内模型用，并需充入过热水或高压蒸汽，在高温下使用，同时要经受上百次反复硫化外胎的装卸操作，因此水胎和胶囊胶料要求应具有良好的耐热性、耐老化性、耐高温撕裂和耐屈挠疲劳性能，而且还应有良好的耐水性能①水胎、胶囊胶料物理机械性能指标可由生产厂自行控制，见表所列②水胎、胶囊胶料配方特点是用于水胎的生胶品种常为天然橡胶，用于胶囊的生胶品种均为丁基橡胶，国外也有采用丁基胶和三元乙丙胶并用的，因丁基橡胶饱和度高，并具有极好的耐热性和气密性国内已用420 活性剂（烷基苯胺多硫物）硫化丁基水胎及胶囊，取得良好效果，其使用次数比天然胶水胎可提高1.5 倍丁基胶水胎及胶囊由于丁基橡胶分子链含少量的双键，其硫化体系可采用硫磺硫化，也可采用树脂硫化补强填充体系，由于丁基橡胶为结晶型橡胶，自身具有较高的强度，补强剂只有助于提高胶料的撕裂强度和定伸强度，利于改善工艺加工性能，一般补强填充剂仍以炭黑补强效果最佳，常用的有高耐磨炉黑与半补强炉黑、快压出炉黑并用，用量约为40～60 份软化增塑体系，由于丁基橡胶为非极性橡胶，易使用与其具有较好相容性的极性小的软化剂，如机油、石蜡和凡士林等。

也可加入420 活化剂，这种多烷基苯酚二硫化物，可以提高胶料的粘性防老剂在丁基橡胶配方中无显著作用，一般可不必加入③水胎、胶囊胶料配方实例见表所列2）内胎胶料配方设计 内胎胎壁较薄，充入压缩空气后，在高温和伸张状态下使用，并保持稳定的气压因此要求胶料具有良好的气密性及低定伸应力，同时要求弹性高、撕裂强度高、永久变形小、耐热性能好①内胎胶料物理机械性能指标根据不同胶种有不同要求，见表所列102②内胎胶料配方特点 常用生胶品种为纯天然橡胶或掺用30%SBR，由于丁基胶具有极佳的气密性和耐热性能，而且形变小，已成为制造内胎最适宜的胶种，得以广泛应用天然胶内胎胶料宜选用定伸应力较低的补强剂，如半补强炉黑，快压出炉黑等，或与碳酸钙并用可减小用就变形，用量约为40 份内胎壁薄，硫化速度宜快，但为了提高胶料的耐老化性能及抗撕裂性能，硫磺用量已选用低值，约为1.5-2.0 份，因此促进剂品种选用秋兰姆为第一促进剂与噻唑类促进剂并用或与次磺酰胺类促进剂并用，如DM+TMTD,M+TMTD 和DM+CZ(NOBS)等，丁基橡胶内胎胶料的补强剂一般采用高耐磨炉黑与半补强炉黑，快压出炉黑或通用炉黑并用，用量为50-70 份。

软化剂采用极性极小的饱和烃类如凡士林，锭子油，蓖麻油等硫化体系一般采用秋兰姆为第一促进剂与噻唑类促进剂并用硫磺硫化体系，可获得较好的工艺加工性能和使用性能③内胎胶料配方见表所列（3）垫带胶料配方设计 垫带只起保护内胎免受轮辋磨损的作用因此只要求胶料具有一定的强伸性能，较小的永久变形，还有较好的耐屈挠，耐老化性能①垫带胶料物理机械性能指标一般控制拉伸强度为8.3Mpa，拉断伸长率为500%，硬度(邵氏A)为53+3，扯断永久变形为35%②垫带胶料配方特点， 生胶可使用低级5 号烟片胶和大量合成橡胶，为降低胶料成本可掺用再生胶，含胶率约为30-40%.补强剂多采用半补强炉黑与高耐磨炉黑并用，用量为40-50 份，并掺用大量无机填充剂如碳酸钙或陶土等软化剂用量大，约为10-16 份垫带采用模压硫化，硫化速度快，故可用M+DM+TT 或M+DM+D,用量约为1.8-2.5 份左右。