CN109456517A - 一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶配方及制备工艺 - Google Patents

一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶配方及制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶配方及制备工艺，属于实心轮胎技术领域，实心胎面胶的有效原料包括天然橡胶、环保充油丁苯橡胶、高乙烯基聚丁二烯橡胶、白炭黑、炭黑、环保芳烃油、氧化锌、硬脂酸、防老剂、白炭黑表面酸碱性调节助剂、抗硫化返原促进剂、次磺酰胺促进剂、硫磺粉和液体硅烷偶联剂。本发明具有承载量大，耐磨性优良，耐撕裂强度高，安全系数高，耐刺扎性好的优点。

Description

一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶配方及制备工艺
技术领域
本发明涉及一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶配方及制备工艺，属于实心轮胎技术领域。
背景技术
矿用搬运支架车是用来搬运矿井使用的液压支架的，可利用动力驱动液压系统来实现液压支架的起升和下降，以拖拉动力完成搬运作业，是液压支架搬运工具中最简便、有效的装卸、搬运工具。且矿用搬运支架车的使用不仅可提高矿井的劳动工效，还能够实现安全搬移，尤其在工作面布置及采面搬家时，可将综采工作面的搬迁时间缩短到一周内，较为便捷与经济。
矿用搬运支架车由于特殊的使用环境，要求具有自身重量大、载荷量大，因而也要求使用的轮胎具有承载量大，耐磨性优良，耐撕裂强度高，安全系数高，耐刺扎性好的特点。
实心轮胎与填充式轮胎相比，具有良好的载重能力与安全性，因而更适于用于矿物开采和工程建设中，但是，轮胎的配方组成是最终性能的决定因素，配方的设计与优化也是一项艰难而复杂的工作，尤其是实心轮胎，不像充气轮胎一样由多种不同胎体材料与骨架材料复合而成，因而使得单一的胎体材料需要具备良好的综合性能才能满足使用要求，这也给材料配方的制定带来了很大困难。因此，如何能够提供一种可适应矿用高载荷搬运支架车使用要求的，具备大的承载量、优异的耐磨性、良好的抗撕裂性能和减震性、高的安全系数以及使用寿命的实心胎成为亟需解决的问题。
发明内容
为解决以上技术上的不足，本发明提供了一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶配方及制备工艺，具有承载量大，耐磨性优良，耐撕裂强度高，安全系数高，耐刺扎性好的特点。
本发明的技术方案如下：一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶，所述实心胎面胶的有效原料及重量份比为：
天然橡胶40～50份；
环保充油丁苯橡胶20～30份；
高乙烯基聚丁二烯橡胶15～25份；
白炭黑25～30份；
炭黑35～45份；
环保芳烃油5.0～6.0份；
氧化锌5～6份；
硬脂酸2.5～3.0份；
防老剂3.0～4.0份；
白炭黑表面酸碱性调节助剂1.2～1.6份；
抗硫化返原促进剂1.0～1.25份；
次磺酰胺促进剂2.0～2.3份；
硫磺粉1.5～1.7份；
液体硅烷偶联剂2.5～3.0份。
本发明的技术方案还包括：所述环保充油丁苯橡胶的型号是SBR1739；
所述白炭黑是沉淀法高分散性白炭黑VN3；
所述炭黑的型号是N339；
所述环保芳烃油的型号是Nytex4700；
所述防老剂包括2.0～2.5份6PPD和1.0～1.6份TMQ；
所述白炭黑表面酸碱性调节助剂的型号是PEG6000；
所述抗硫化返原促进剂是二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75。
本发明的技术方案还包括：所述实心胎面胶的有效原料及重量份比为：
天然橡胶NR 42份；
环保充油丁苯橡胶SBR1739 28份；
高乙烯基聚丁二烯橡胶HVBR 22份；
VN3白炭黑30份；
炭黑N339 45份；
环保芳烃油Nytex4700 5.6份；
氧化锌5.3份；
硬脂酸2.9份；
防老剂6PPD 2.2份；
防老剂TMQ 1.6；
白炭黑表面酸碱性调节助剂PEG6000 1.4份；
抗硫化返原促进剂二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75 1.1份；
次磺酰胺促进剂TBBS 2.2份；
硫磺粉S 1.6份；
液体硅烷偶联剂 Si69 3份。
本发明还提供了一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶制备工艺，包括以下步骤：
一段混炼，向密炼机中加入天然橡胶NR、环保充油丁苯橡胶SBR1739、高乙烯基聚丁二烯橡胶HVBR、氧化锌、硬脂酸和防老剂，压压铊，之后加入VN3白炭黑、液体硅烷偶联剂 Si69和白炭黑表面酸碱性调节助剂PEG6000，压压铊，之后加入环保芳烃油Nytex4700，压压铊后排胶形成一段母胶；
二段混炼，向密炼机中加入一段母胶，压压铊，之后加入炭黑N339，压压铊后排胶形成二段母胶；
三段终胶，向密炼机加入2/3的二段母胶，压压铊，之后加入剩余的1/3二段母胶、硫磺粉、抗硫化返原促进剂二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75和次磺酰胺促进剂TBBS，压压铊后排胶形成终炼胶。
本发明的技术方案还包括：所述一段混炼中，密炼机的转子转速为40～60r/min，密炼机转子的温度是40℃，混炼室壁的温度是35℃，上顶栓和下顶栓的温度是30℃；
所述二段混炼中，密炼机的转子转速是35～50r/min，密炼机转子的温度是40℃，混炼室壁的温度是35℃，上顶栓和下顶栓的温度是30℃；
所述三段终胶中，密炼机的转子转速是17～20r/min，密炼机转子的温度是35℃，混炼室壁的温度是30℃，上顶栓和下顶栓的温度是35℃。
本发明的技术方案还包括：所述一段混炼中，第一次压压铊的密炼机转子转速是60r/min，第二次压压铊的密炼机转子转速是55r/min，第三次压压铊的密炼机转子转速是40～45r/min，密炼机的上顶栓压力是5.0～6.0kgf/cm2，排胶时的温度是150～155℃，排胶时间是150～160秒。
本发明的技术方案还包括：所述二段混炼中，第一次压压铊的密炼机转子转速是50r/min，第二次压压铊的密炼机转子转速是35～40r/min，加入炭黑N339时的密炼机转子转速是45r/min，加入炭黑N339时的温度≤80℃，密炼机的上顶栓压力是4.5～5.5kgf/cm2，排胶时的温度是145～148℃，排胶时间是125～135秒。
本发明的技术方案还包括：所述三段终胶中，第一次压压铊的密炼机转子转速是20r/min，第二次压压铊的密炼机转子转速是17～18r/min，加入次磺酰胺促进剂TBBS的温度≤80℃，密炼机的上顶栓压力是4.0～5.0kgf/cm2，排胶时的温度是≤105℃，排胶时间是125～130秒。
本发明的有益效果是：制备的实心胎单胎负载可达25～30吨，承载能力强，耐磨性优异且在早期刺伤、冠部啃伤等情况下不影响正常使用；另外，防爆性能优异，不会出现爆胎而带来的矿山生产隐患，且使用寿命长，减少了轮胎更换频率，节约了成本；此外，具有良好的减震性和高弹性，驾驶舒适。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步说明。
实施例1中：
主要原材料有：天然橡胶（NR）3#烟胶片，泰国产品，42份；环保充油丁苯橡胶SBR1739，28份；高乙烯基聚丁二烯橡胶（HVBR），22份；沉淀法二氧化硅VN3，30份；炭黑N339，45份；氧化锌，5.3份；硬脂酸，2.9份；防老剂6PPD，2.2份；防老剂TMQ，1.6份；环保芳烃油Nytex4700，5.6份；液体硅烷偶联剂Si69，3份；白炭黑表面酸碱性调节助剂PEG6000，1.4份；抗硫化返原促进剂二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75，1.1份；次磺酰胺促进剂TBBS，2.2份；硫磺粉S，1.6份。
实施例2与实施例1的区别在于原材料的份数比例不同，具体为：天然橡胶（NR）3#烟胶片，泰国产品，47份；环保充油丁苯橡胶SBR1739，28份；高乙烯基聚丁二烯橡胶（HVBR），18份；沉淀法二氧化硅VN3，30份；炭黑N339，45份；氧化锌，5.0份；硬脂酸，3.0份；防老剂6PPD，2.5份；防老剂TMQ，1.2份；环保芳烃油Nytex4700，5.3份；液体硅烷偶联剂Si69，3份；白炭黑表面酸碱性调节助剂PEG6000，1.4份；抗硫化返原促进剂二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75，1.0份；次磺酰胺促进剂TBBS，2.0份；硫磺粉S，1.7份。
实施例3与实施例1的区别在于原材料的份数比例不同，具体为：天然橡胶（NR）3#烟胶片，泰国产品，50份；环保充油丁苯橡胶SBR1739，20份；高乙烯基聚丁二烯橡胶（HVBR），25份；沉淀法二氧化硅VN3，27份；炭黑N339，39份；氧化锌，6.0份；硬脂酸，2.5份；防老剂6PPD，2.0份；防老剂TMQ，1.0份；环保芳烃油Nytex4700，6.0份；液体硅烷偶联剂Si69，2.7份；白炭黑表面酸碱性调节助剂PEG6000，1.6份；抗硫化返原促进剂二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75，1.25份；次磺酰胺促进剂TBBS，2.2份；硫磺粉S，1.5份。
实施例4与实施例1的区别在于原材料的份数比例不同，具体为：天然橡胶（NR）3#烟胶片，泰国产品，40份；环保充油丁苯橡胶SBR1739，30份；高乙烯基聚丁二烯橡胶（HVBR），15份；沉淀法二氧化硅VN3，25份；炭黑N339，35份；氧化锌，5.7份；硬脂酸，2.6份；防老剂6PPD，2.3份；防老剂TMQ，1.2份；环保芳烃油Nytex4700，5.0份；液体硅烷偶联剂Si69，2.5份；白炭黑表面酸碱性调节助剂PEG6000，1.2份；抗硫化返原促进剂二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75，1.0份；次磺酰胺促进剂TBBS，2.3份；硫磺粉S，1.5份。
本发明的实心胎在制备时主要使用的设备和检测仪器有：GK420型8棱转子密炼机，德国蒂森.克虏伯公司产品；T2000型电子拉力机，美国英斯特朗公司产品；MDR2000E型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；GT-7080-S2橡胶门尼粘度测试仪，台湾高铁科技股份有限公司产品；近红外光谱仪，美国Unity公司产品。
本发明还提供了一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶的制备工艺，其混炼胶的制备采用三段混炼，其中，一段、二段母胶在GK420密炼机完成，三段终胶在F270密炼机完成。
（1）一段混炼工艺：
密炼机设定参数：密炼机转子转速40～60r/min，上顶栓压力5.0～6.0kgf/cm2。
冷却水温度设定：密炼机转子40℃，混炼室壁35℃，上顶栓和下顶栓30℃。
混炼工艺：加入NR胶块、SBR1739、HVBR、小料（氧化锌、硬脂酸、防老剂），压压铊（密炼机转子转速60 r/min）→加入VN3白炭黑，液体硅烷偶联剂Si69，PEG6000压压铊（密炼机转速55 r/min）→加入Nytex4700环保操作油，压压铊（密炼机转速40～45 r/min）→上顶栓清扫→排胶形成一段母胶（150～155℃，150～160秒）。
（2）二段混炼工艺：
密炼机设定参数：密炼机转子转速35～50 r/min，上顶栓压力4.5～5.5kgf/cm2。
冷却水温度设定：密炼机转子40℃，混炼室壁35℃，上顶栓和下顶栓30℃。
混炼工艺：加入一段母胶，压压铊（密炼机转子转速50 r/min）→加入炭黑N339（密炼机转子转速45 r/min，加入温度≤80℃，加入时母胶须充分混炼均匀），压压铊（密炼机转速35～40 r/min）→上顶栓清扫→排胶形成二段母胶（145～148℃，125～135秒）。
（3）三段终胶工艺：
密炼机设定参数：密炼机转子转速17～20 r/min，上顶栓压力4.0～5.0kgf/cm2。
冷却水温度设定：密炼机转子35℃，混炼室壁30℃，上顶栓和下顶栓35℃。
混炼工艺：加入2/3二段母胶、压压铊（密炼机转子转速20 r/min）→加入1/3二段母胶、硫磺粉和二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75和促进剂TBBS（加入硫磺促进剂温度≤80℃），压压铊（密炼机转速17～18 r/min）→提压铊→排胶形成终炼胶（温度≤105℃，时间125～130秒）。
本发明中，通过密炼机转子转速有效调节、密炼机不同部位冷却水温度设定以及各种胶料及小料加料顺序合理安排，可保障得到各种组分充分混炼均匀的终炼胶。
为验证本发明的实心胎配方与制备工艺，设计以下对比配方和试验配方。
对比配方使用的原材料有：NR，SBR1502，BR9000，炭黑N330，高芳烃油，氧化锌，硬脂酸，防老剂BLE，硫磺粉，促进剂MBS。
本发明的实心胎配方得到过程中尝试的试验配方使用原材料有：
试验配方1：NR，SBR1502E，BR9000，炭黑N330，普通粉末白炭黑，环保芳烃油Nytex4700，氧化锌，硬脂酸，防老剂6PPD，防老剂TMQ，促进剂TBBS，硫磺粉。
试验配方2：NR，SBR1739，BR9000，炭黑N351，普通粉末白炭黑，环保芳烃油Nytex4700，氧化锌，硬脂酸，防老剂6PPD，防老剂TMQ，促进剂TBBS，硫磺粉。
对比配方和试验配方的混炼胶制备工艺为采用二段混炼工艺，且均在GK420密炼机完成，具体为：
（1）一段混炼工艺：
密炼机转子转速40～60 r/min。
混炼工艺为：生胶胶块→小料→约1/2白炭黑→部分助剂→余下1/2白炭黑→上顶栓清扫→排胶（≤155℃）。
（2）二段终胶工艺：
密炼机转子转速18～20 r/min。
混炼工艺为：二段母胶→小料→压压铊→提压铊→排胶（≤105℃）。
将实施例1、对比配方和试验配方进行性能测试，具体地，混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件151℃×40min；做混炼胶物理机械性能检测（按照相应国家标准进行测试）：拉伸强度、扯断伸长率、定伸强度、撕裂强度、古德里奇生热、硫化仪、门尼粘度等，得到不同配方物理机械性能对比数据如下表格：
从上述表格可以看出，本发明的矿用高载荷支架车实心胎配方的拉伸强度、扯断伸长率、阿克隆磨耗、撕裂强度、弹性、压缩生热、压缩永久变形率数据均优于其他对比配方。此外，实心胎是厚制品轮胎，每层胶片致密性较好，但轮胎在高载荷、重工况条件下，热积累很大，容易造成轮胎热老化积累而降低其使用寿命，因此本发明实心胎在配方设计时对压缩生热值作出了重点改进，以保证在较低的生热状况下连续工作，且保证轮胎有充分的缓冲恢复时间，从而长时间连续正常工作。
本发明的矿用高载荷搬运支架车实心胎的实际使用验证：采用本发明配方和制备工艺的实心轮胎发往山西太原太科院下属几个煤矿装车现场试用，实际验证使用效果良好，能够满足高端客户的使用要求，达到了研发配方的设计要求和预期目的。
以上所述，仅是本发明较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶，其特征在于：所述实心胎面胶的有效原料及重量份比为：
天然橡胶40～50份；
环保充油丁苯橡胶20～30份；
高乙烯基聚丁二烯橡胶15～25份；
白炭黑25～30份；
炭黑35～45份；
环保芳烃油5.0～6.0份；
氧化锌5～6份；
硬脂酸2.5～3.0份；
防老剂3.0～4.0份；
白炭黑表面酸碱性调节助剂1.2～1.6份；
抗硫化返原促进剂1.0～1.25份；
次磺酰胺促进剂2.0～2.3份；
硫磺粉1.5～1.7份；
液体硅烷偶联剂2.5～3.0份。
2.如权利要求1所述的一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶，其特征在于：
所述环保充油丁苯橡胶的型号是SBR1739；
所述白炭黑是沉淀法高分散性白炭黑VN3；
所述炭黑的型号是N339；
所述环保芳烃油的型号是Nytex4700；
所述防老剂包括2.0～2.5份6PPD和1.0～1.6份TMQ；
所述白炭黑表面酸碱性调节助剂的型号是PEG6000；
所述抗硫化返原促进剂是二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75。
3.如权利要求2所述的一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶，其特征在于：所述实心胎面胶的有效原料及重量份比为：
天然橡胶NR 42份；
环保充油丁苯橡胶SBR1739 28份；
高乙烯基聚丁二烯橡胶HVBR 22份；
VN3白炭黑 30份；
炭黑N339 45份；
环保芳烃油Nytex4700 5.6份；
氧化锌 5.3份；
硬脂酸 2.9份；
防老剂6PPD 2.2份；
防老剂TMQ 1.6；
白炭黑表面酸碱性调节助剂PEG6000 1.4份；
抗硫化返原促进剂二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75 1.1份；
次磺酰胺促进剂TBBS 2.2份；
硫磺粉S 1.6份；
液体硅烷偶联剂 Si69 3份。
4.一种权利要求1至3任一所述的矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶制备工艺，其特征在于包括以下步骤：
一段混炼，向密炼机中加入天然橡胶NR、环保充油丁苯橡胶SBR1739、高乙烯基聚丁二烯橡胶HVBR、氧化锌、硬脂酸和防老剂，压压铊，之后加入VN3白炭黑、液体硅烷偶联剂 Si69和白炭黑表面酸碱性调节助剂PEG6000，压压铊，之后加入环保芳烃油Nytex4700，压压铊后排胶形成一段母胶；
二段混炼，向密炼机中加入一段母胶，压压铊，之后加入炭黑N339，压压铊后排胶形成二段母胶；
三段终胶，向密炼机加入2/3的二段母胶，压压铊，之后加入剩余的1/3二段母胶、硫磺粉、抗硫化返原促进剂二丁基二硫代磷酸锌盐ZBPD75和次磺酰胺促进剂TBBS，压压铊后排胶形成终炼胶。
5.如权利要求4所述的一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶制备工艺，其特征在于：
所述一段混炼中，密炼机的转子转速为40～60r/min，密炼机转子的温度是40℃，混炼室壁的温度是35℃，上顶栓和下顶栓的温度是30℃；
所述二段混炼中，密炼机的转子转速是35～50r/min，密炼机转子的温度是40℃，混炼室壁的温度是35℃，上顶栓和下顶栓的温度是30℃；
所述三段终胶中，密炼机的转子转速是17～20r/min，密炼机转子的温度是35℃，混炼室壁的温度是30℃，上顶栓和下顶栓的温度是35℃。
6.如权利要求5所述的一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶制备工艺，其特征在于：所述一段混炼中，第一次压压铊的密炼机转子转速是60r/min，第二次压压铊的密炼机转子转速是55r/min，第三次压压铊的密炼机转子转速是40～45r/min，密炼机的上顶栓压力是5.0～6.0kgf/cm2，排胶时的温度是150～155℃，排胶时间是150～160秒。
7.如权利要求5所述的一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶制备工艺，其特征在于：所述二段混炼中，第一次压压铊的密炼机转子转速是50r/min，第二次压压铊的密炼机转子转速是35～40r/min，加入炭黑N339时的密炼机转子转速是45r/min，加入炭黑N339时的温度≤80℃，密炼机的上顶栓压力是4.5～5.5kgf/cm2，排胶时的温度是145～148℃，排胶时间是125～135秒。
8.如权利要求5所述的一种矿用高载荷搬运支架车实心胎面胶制备工艺，其特征在于：所述三段终胶中，第一次压压铊的密炼机转子转速是20r/min，第二次压压铊的密炼机转子转速是17～18r/min，加入次磺酰胺促进剂TBBS的温度≤80℃，密炼机的上顶栓压力是4.0～5.0kgf/cm2，排胶时的温度是≤105℃，排胶时间是125～130秒。
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