雪地胎用國產SSBR性能剖析

趙洪國, 周 雷, 何連成, 楊玉瓊, 李 波, 李衛國, 胡海華

雪地胎用國產SSBR性能剖析

趙洪國1, 周 雷1, 何連成1, 楊玉瓊1, 李 波1, 李衛國2, 胡海華1

（1.中國石油石油化工研究院, 甘肅 蘭州 730060; 2.賽輪金宇集團股份有限公司, 山東 青島 266045）

從加工工藝和應用性能兩方面，對雪地胎胎面用膠溶聚丁苯橡膠SSBR1550S進行了剖析。結果表明，與現有生產配方相比，使用SSBR1550S的胎面混煉膠加工性能變差，但硫化效率、抗低溫變硬能力、回彈性能、耐磨耗性能、抗濕滑性能均有所提高，同時滾動阻力有所降低。

溶聚丁苯橡膠；抗濕滑；滾動阻力；雪地胎

0 前 言

隨著對安全環保的日益重視以及各國輪胎標簽法規的頒布和實施，人們對輪胎質量的要求越來越高。溶聚丁苯橡膠 (SSBR )抗濕滑性好、滾動阻力低，是制備高性能環保節能綠色輪胎的關鍵材料[1]。雪地胎是針對高寒地區冬季的特殊環境而開發的一種功能性輪胎，其特點是提高了冰雪路面上的通過性和安全性。近年來我國半鋼雪地胎得到了快速發展，產品遠銷北美、北歐等世界上20多個國家和地區。雪地輪胎的關鍵技術在于輪胎胎面膠配方和輪胎花紋，而雪地胎胎面配方的核心在于橡膠[2]。目前，我國用于開發雪地胎胎面膠的SSBR主要依賴于進口，價格昂貴，貨源受限。針對這一需求，中國石油獨山子石化與石油化工研究院聯合開發了具有自主知識產權的雪地胎專用料SSBR1550S。

本工作將從加工工藝和應用性能兩方面，對雪地胎胎面膠用SSBR1550S進行剖析，以期能為產品推廣和輪胎企業應用提供技術參考。

1 試 驗

1.1 原料及配方

NR，SMR20，馬來西亞產品；SSBR，1550S，獨山子石化分公司產品；SSBR，SL553，日本JSR公司產品；BR，9000，江蘇南通申華化學工業有限公司產品；炭黑，N234，云南曲靖眾一精細化工股份有限公司產品；白炭黑，955，無錫市恒亨白炭黑有限責任公司產品。其他均為橡膠工業常用助劑。

配方如表1所示。

1.2 試驗儀器

Banbury BR1600型密煉機、GX-2003型恒溫開煉機，美國法雷爾公司產品；UR-2030型橡膠流變儀，青島優肯科技股份有限公司產品；GT-7080S2型門尼黏度儀，高鐵檢測儀器有限公司產品；AI-7000 S型電子拉力機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；LX-A型橡膠硬度測試儀，上海試驗儀器總廠產品；GT-7042-RDH型橡膠回彈試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品；MZ4061型阿克隆磨耗試驗機，江都市明珠試驗機械廠產品；Rosand RH10型毛細管流變儀，英國馬爾文儀器公司產品；DMA/SDTA861e型號動態熱機械分析儀，瑞士梅特勒-托利多公司產品。其他實驗設備均為橡膠加工常用設備。

表1 配方

1.3 試驗方法

膠料分二段混煉。一段混煉在Banbury BR1600型密煉機上進行，加料順序為：生膠→氧化鋅、硬脂酸、防老劑等→炭黑、白炭黑材料，一段混煉膠下片后冷卻，停放4 h后進行二段混煉。二段混煉在GX-2003型恒溫開煉機上進行，前后輥速比為1.0:1.1，加料順序為：一段混煉膠→促進劑、硫磺材料。二段混煉膠下片（膠片厚2.0～2.5 mm）后冷卻，停放8 h后在平板硫化機上硫化試樣。

1.4 性能測試

測試方法均按國家標準或行業標準執行。

2 結果與討論

2.1 生膠參數

膠料體系組成是雪地胎胎面膠配方的核心，尤其是膠料的結構組成決定了輪胎的使用環境。SSBR1550S和SL553的技術參數如表2所示。

表2 SSBR1550S和SL553的技術指標

由表2可以看出，1550S的苯乙烯和乙烯基結構含量均高于SL553。由于苯乙烯與乙烯基屬于極性基團，其含量增加，橡膠大分子鏈段的柔順性降低，故1550S的玻璃化轉變溫度（Tg）高于SL553的，但是1550S的門尼黏度低于SL553的，這是由于1550S填充了37.5份環烷油（NAP-10）所致。

由于苯乙烯與乙烯基含量及其無規化分布對SSBR的抗濕滑、滾動阻力起決定性作用，由表2可知1550S和SL553的結構組成略有不同，因此，為保障試驗配方和生產配方膠料體系中苯乙烯、乙烯基及順式丁二烯含量基本在同一水平，試驗配方對SSBR和BR的用量進行了調整。

2.2 混煉膠加工性能

制成的混煉膠的門尼黏度和門尼焦燒性能測試結果如表3所示，擠出性能測試結果如表4所示，硫化特性如表5所示。

表3 混煉膠門尼性能（測試溫度125 ℃）

門尼黏度反映了橡膠加工性能的好壞，被廣泛用來作為控制橡膠膠料工藝性能的一項指標，門尼焦燒則反映了工藝操作的安全性。由表3可以看出，試驗配方的門尼黏度高于生產配方的，相對差達到25%，表明使用SSBR1550S后混煉膠的黏度增大，可塑性降低，加工性能變差，加工能耗增加；試驗配方的t5略低于生產配方的，表明使用SSBR1550S后混煉膠的工藝安全性變化不大。

表4 混煉膠擠出性能1)

由表4可以看出，與正常生產配方相比，試驗配方的毛細管擠出體積及體積流速均明顯降低，表明使用SSBR1550S后混煉膠的加工性能變差，胎面膠擠出效率大幅度降低。

表5 硫化特性

t10和t90表征了橡膠制品硫化過程中的兩個最重要的參數——焦燒時間和正硫化時間。由表5可以看出，試驗配方的t10與生產配方的相當，但是t90較低，表明使用SSBR1550S后混煉膠的工藝安全性變化不大，但硫化時間縮短，硫化效率提高23%。ML常用來表征混煉膠的可塑性，其值越小，膠料的可塑度越高。由表5可以看出，試驗配方的ML較生產配方的提高19%，表明使用SSBR1550S后混煉膠的加工性能變差。

2.3 力學性能

制成的硫化膠的力學性能如表6所示。

由表6可以看出，試驗配方的拉伸強度、拉斷伸長率、定伸應力、硬度、撕裂強度與正常配方的相當，變化率基本都在5%以內，表明使用SSBR1550S后硫化膠的力學性能變化不大。

2.4 高低溫硬度

制成的硫化膠在不同測試溫度條件下的硬度如表7所示。

由于雪地胎都是低溫環境下使用的，而橡膠的特點是分子鏈運動能力隨著溫度的降低而逐漸減弱。因此，制備雪地胎的膠料要求具有較好的抗低溫變硬能力，以保證在低溫環境中有足夠的抓地力。由表7可以看出，隨著測試溫度降低，生產配方和試驗配方的邵爾A硬度都逐漸增加，但試驗配方的增加幅度較生產配方的小；且同一測試溫度下，試驗配方的硬度均低于生產配方2左右，表明使用SSBR1550S的胎面膠抗低溫變硬能力有所提高。

表6 力學性能

表7 不同溫度下的硬度及差值

2.5 彈性和磨耗

制成的硫化膠的回彈性和磨耗體積見表8所示。

表8 彈性和磨耗性能

由表8可以看出，與生產配方相比，試驗配方的回彈性略有提高；阿克隆磨耗體積降低5%。表明使用SSBR1550S的胎面膠的彈性和耐磨耗性能均有提高。

2.6 動態力學性能

采用動態熱機械分析儀對制成的硫化膠進行溫度掃描（應變1%，頻率3 Hz，溫度-60～80 ℃），損耗因子分析結果如表9所示。

表9 不同溫度的硬度值及相對差

損耗因子是橡膠材料黏彈性的表征，也常用來預測胎面膠的抗濕滑和滾動阻力等特性。低溫條件損耗因子高則預示著該膠料擁有較好的抗濕滑性能，高溫條件損耗因子低則預示著該膠料擁有較低的滾動阻力。由表9可以看出，與生產配方相比，試驗配方-20 ℃下損耗因子提升15%，0 ℃下損耗因子提升6%，60 ℃下損耗因子改善7%。這表明使用SSBR1550S的胎面膠，抗濕滑性能有所提高，制備的輪胎具有更好的濕抓地力，輪胎的操控安全性高，同時具有較低的滾動阻力，輪胎的油耗更低。

2.7 大配合試驗

大配合試驗膠料各項性能如表10所示。

表10 不同溫度的硬度值及相對差

(續表)

從表10可以看出，大配合試驗膠料性能與實驗室小試結果基本一致，試驗配方綜合性能略優。

2.8 成品輪胎性能

采用試驗配方制備規格為175/70 R14 SW61的輪胎，成品輪胎外觀檢測和UF/DB檢測均符合出廠要求。成品輪胎性能測試結果如表11 所示。

表11 成品輪胎性能

從表11可以看出，兩個配方的輪胎高速性能和耐久性能測試結果大致相當，均滿足標準要求；采用試驗配方的輪胎滾動阻力更低，輪胎強度更高，表明試驗配方的成品輪胎性能較好。

3 結 論

(1) 與生產配方相比，使用SSBR1550S的胎面混煉膠黏度增大，加工性能變差，但操作安全性變化不大，同時硫化效率有大幅提高。

(2) 與生產配方相比，使用SSBR1550S的胎面膠力學性能變化不大，抗低溫變硬能力、回彈性能、耐磨耗性能、抗濕滑性能均有所提高，同時滾動阻力有所降低。

(3) 與生產配方相比，試驗配方的成品輪胎性能略優。

參考文獻：

[1] 崔彥君，張華強，崔英，等.耐低溫溶聚丁苯橡膠的合成與性能[J].合成橡膠工業，2016,39（3）:173-177.

[2] 陳勇，董世春，王寶江.半鋼雪地輪胎胎面膠配方的改進[J].輪胎工業，2016,26（2）:97-100.

[責任編輯：朱 胤]

TQ 336.1

B

1671-8232(2017)08-0027-05

2017-05-18

中國石油天然氣股份有限公司科技管理部（2014A-2808）。

趙洪國（1981— ），碩士，工程師，主要從事橡膠加工方面的技術開發工作。