中結合苯乙烯含量丁苯橡膠在輪胎中的應用研究*

趙志超，胡 瑋，龔光碧，任福君，胡育林，燕鵬華

(1.中國石油天然氣股份有限公司 石油化工研究院,北京 100083；2.西北師范大學 化學化工學院,甘肅 蘭州 730070；3.中國石油天然氣股份有限公司 撫順石化公司烯烴廠，遼寧 撫順 113008；4.杭州中策橡膠有限公司,浙江 杭州 311402)

2010年，中國石油天然氣股份有限公司石油化工研究院(以下簡稱石化院)自主研發了滿足歐盟環保要求的環保型丁苯橡膠SBR1723N[1-2](結合苯乙烯質量分數為23.5%，填充克拉瑪依石化環保橡膠填充油NAP-10[3])，輪胎廠家試用檢測結果表明，SBR1723N具有生熱低、滾動阻力小的特點，但其抗濕滑性能較差。通過對米其林、固特異以及普利司通等世界輪胎生產巨頭的輪胎產品進行解剖分析，發現凡是V速度級別(240 km/h)以上的高速輪胎，其胎面膠結合苯乙烯質量分數均高于23.5%。有研究結果表明，由結合苯乙烯質量分數為30%～36%丁苯橡膠制備而得的輪胎的滯后性能及抗濕滑性良好。由此，本工作提出通過適當提高丁苯橡膠中的結合苯乙烯含量，以改善橡膠輪胎的抗濕滑性能，同時不失去其生熱低及滾動阻力小等特點。另外，目前國內正新輪胎有限公司及普利司通輪胎有限公司均使用波蘭進口的同類產品，市場缺口較大。為了滿足市場需求以及改善SBR1723N產品性能，石化院自主開發出中結合苯乙烯質量分數為31.5%的環保型丁苯橡膠SBR1756，其中NAP-10填充量為37.5份。

本工作主要考察了SBR1756制備的輪胎的流變性能、滾動阻力、抗濕滑性能及磨耗性能，并與使用SBR1723N制備的輪胎的性能進行了對比。

1 實驗部分

1.1 原料

SBR1756：結合苯乙烯質量分數為31.5%，中國石油蘭州化工研究中心生產；SBR1723N：結合苯乙烯質量分數為23.5%，中國石油蘭州石化公司生產；炭黑、促進劑、氧化鋅、硫黃、硬脂酸等均為市售。

1.2 儀器設備

雙輥開煉機：φ160×320，廣東湛江橡塑機械廠；動態力學性能(DMA)測定儀：法國01dB-Metravib公司；阿克隆耐磨耗試驗機：MZ-4061，江蘇明珠試驗機械有限公司。

1.3 試樣制備

基本配方(質量份)：SBR 137.5，炭黑68.75，促進劑TBBS 1.38，氧化鋅3.0，硫黃 1.75，硬脂酸 1.0。樣品按GB/T8656(2B)進行制備。

1.4 分析與測試

(1) DMA測試：采用法國01dB-Metravib公司的DMA動態力學性能測定儀測定不同試樣的動態儲能模量隨溫度的變化曲線以及損耗因子隨溫度的變化情況。測試條件：掃描頻率10 Hz，掃描溫度-800～80 ℃，升溫速率3 ℃/min，拉伸模式，拉伸形變率0.1%。

(2) 耐磨耗性能測試：采用江蘇明珠試驗機械有限公司型號為MZ-4061的試驗機，測定試樣一定里程的磨耗體積。測試條件：將試樣預磨15～20 min后進行實驗，試樣行駛1.61 km后，關閉電機，取下試樣，刷掉膠屑，在1 h內稱量，準確到0.001 g。

2 結果與討論

2.1 流變性能對比

由SBR1756與SBR1723N制備的輪胎的流變性能對比見表1。

表1 流變性能對比

由表1可以看出，在相同的硫化溫度和硫化時間下，SBR1756與SBR1723N的流變性能一致。

2.2 老化前后性能對比

由SBR1756與SBR1723N制備而得的輪胎的老化性能對比見表2。

表2 老化前后性能對比

由表2可以看出，老化前后SBR1756的100%定伸應力、300%定伸應力和撕裂強度均稍高于SBR1723N，老化前SBR1756的回彈性低，其它性能相當。這主要是因為SBR1756中結合苯乙烯質量分數較SBR1723N高7%左右，因此其撕裂強度略高。

2.3 動態力學性能對比

SBR1756與SBR1723N制備的輪胎的動態力學性能對比見表3。損耗因子tanδ為儲能模量與損耗模量的比值，損耗因子主要與硫化膠作為胎面膠時的牽引力、滾動阻力和抗濕滑性能相關，0 ℃下損耗因子越大，抗濕滑性越好[4-7]；60 ℃下損耗因子越小，表明其滾動阻力越小[8-9]。

表3 動態力學性能對比

從表3可以看出，0 ℃時SBR1756的tanδ高于SBR1723N，說明SBR1756的抗濕滑性能優于SBR1723N；而60 ℃時SBR1756和SBR1723N的tanδ相差不大，說明兩者的滾動阻力相當。這是因為丁苯橡膠中結合苯乙烯含量越高，所制備輪胎的抗濕化性能越好，而滾動阻力越大。由于SBR1756結合苯乙烯含量高于SBR1723N，但因其所用橡膠填充油為NAP-10，其特點是生熱和滾動阻力低，從而彌補了結合苯乙烯含量提高而對膠料滾動阻力性能帶來的負面影響。

2.4 磨耗性能對比

SBR1756與SBR1723N制備輪胎的阿克隆磨耗性能對比見表4。

表4 磨耗性能對比

磨耗體積越小，說明產品的磨耗性能越好。由表4可知，因SBR1756中結合苯乙烯含量高于SBR1723N，所以SBR1756磨耗性能優于SBR1723N。

3 結 論

(1) 通過老化前后性能對比，SBR1756制備輪胎的撕裂強度高于SBR1723N。

(2) 通過動態力學性能研究對比，SBR1756制備輪胎的抗濕化性優于SBR1723N，滾動阻力相當。

(3) 通過阿克隆磨耗分析，SBR1756制備輪胎的磨耗性能優于SBR1723N。

參 考 文 獻：

[1] 王永峰,胡育林,李波,等.環保型乳聚丁苯橡膠SBR1723N性能研究[J].塑料制造,2012(4):57-61.

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