功能性樹脂在輪胎胎面膠中的應用研究

吳忠成，李紅衛(wèi)，劉華僑，顧培霜，朱家順

（青島特拓輪胎技術有限公司，山東 青島 266100）

歐盟輪胎標簽法按照輪胎噪聲、滾動阻力和抗?jié)窕阅軐⑤喬澐譃椴煌燃墶Ｉa滾動阻力低和抗?jié)窕阅芎玫妮喬コ蔀檩喬テ髽I(yè)的目標，因此功能性樹脂應運而生。

在輪胎胎面膠中添加功能性樹脂的主要目的是調整膠料的玻璃化溫度（Tg），在不影響輪胎滾動阻力的同時提高輪胎抗?jié)窕阅堋?/p>

C5樹脂、TL100樹脂和HB103樹脂是不同類型的功能性樹脂。C5樹脂是石油裂解副產物C5餾分經前處理、分離、聚合、蒸餾等工藝生產的一種熱塑性樹脂。TL100樹脂是改性雙環(huán)戊二烯樹脂，它是在C9樹脂的基礎上除去小相對分子質量物質而制得的。HB103樹脂是一種氫化芳香族改性脂環(huán)烴類樹脂。

本工作對3種不同類型的功能性樹脂（C5樹脂、TL100樹脂和HB103樹脂）對輪胎胎面膠性能的影響進行研究。

1 實驗

1.1 主要原材料

溶聚丁苯橡膠（SSBR），SSBR-1（不填充油，苯乙烯質量分數(shù)為0.21，乙烯基質量分數(shù)為0.63），日本瑞翁公司產品；SSBR-2（填充37.5份油，苯乙烯質量分數(shù)為0.25，乙烯基質量分數(shù)為0.50），韓國LG化學公司產品。天然橡膠（NR），STR20，泰國正大農業(yè)集團公司產品。乳聚丁苯橡膠（ESBR），填充37.5份油，中國石化上海高橋分公司產品。炭黑N330，上海卡博特化工有限公司產品。白炭黑SIL1165MP和SIL1115MP，確成硅化學股份有限公司產品。C5樹脂，淄博正德裝飾材料有限公司產品。TL100樹脂，上海彤程化工有限公司產品。HB103樹脂，日本東燃公司產品。操作油V500，寧波漢圣化工有限公司產品。微晶蠟Antilux111，萊茵化學（青島）有限公司產品。偶聯(lián)劑Si69，南京曙光化工有限公司產品。硬脂酸，益海精細化學工業(yè)有限公司產品。氧化鋅，濰坊龍達鋅業(yè)有限公司產品。硫黃，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產品。促進劑CZ，山東尚舜化工有限公司產品。

1.2 試驗配方

低樹脂用量膠料配方和高樹脂用量膠料配方分別如表1和2所示。

表1 低樹脂用量膠料配方 份

1.3 主要設備和儀器

X（S）M-1.7L型密煉機，青島科技大學混煉工程研究室產品；ZG-120型101.6 mm（4英寸）開煉機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；QLB-D400×400×2型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠有限公司產品；MM4130C型無轉子硫化儀和GT-7016-M1型切片機，高特威爾檢測儀器（青島）有限公司產品；UM-2050型門尼粘度計和UT-2060萬能拉力機，優(yōu)肯科技股份有限公司產品；動態(tài)熱機械分析（DMA）儀，德國GABO公司產品。

表2 高樹脂用量膠料配方 份

1.4 膠料混煉

膠料混煉分兩段進行。

一段混煉在密煉機中進行，密煉機轉子轉速為55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→除硫黃和促進劑CZ之外的所有配合劑→混煉（總時間為6.5 min）→排膠（155～160 ℃），在開煉機上下片后冷卻，停放0.5 h。

二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑CZ→左右割刀各5次（輥溫為40 ℃）→薄通3次→打卷8次→下片，停放。

1.5 性能測試

硫化膠動態(tài)力學性能測試采用拉伸模式，掃描溫度為－65～＋65 ℃，頻率為10 Hz，升溫速率為2 ℃·min-1，靜態(tài)應變?yōu)?%或靜態(tài)應力為70 N，動態(tài)應變?yōu)?.25%或動態(tài)應力為40 N。

膠料其他性能按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 樹脂的理化性能

3種樹脂的理化性能如下。

C5樹脂：平均相對分子質量 1 000～1 700，軟化點（環(huán)球法） 95～105 ℃，閃點 245 ℃，酸值 0.4 mg（KOH）·g-1。

TL100樹脂：軟化點（環(huán)球法） 95～105 ℃，酸值 ≤0.5 mg（KOH）·g-1。

HB103樹脂：軟化點（環(huán)球法） 100～106 ℃，重均相對分子質量 720，數(shù)均相對分子質量480。

2.2 樹脂品種及用量對膠料性能的影響

2.2.1 硫化特性

樹脂品種及用量對膠料門尼粘度和硫化特性的影響如表3所示。

從表3可以看出：3種樹脂在低用量（5份，下同）下對膠料門尼粘度的影響相近，與未添加樹脂的A0配方膠料相比，添加3種樹脂的A1—A3配方膠料的門尼粘度均稍有下降但相差不大；3種樹脂在高用量（26份，下同）下對膠料門尼粘度的影響差異較大，3種樹脂在高用量下對膠料增塑效果從大到小的順序為C5樹脂、TL100樹脂、BH103樹脂。可見C5樹脂用量增大后，其對膠料的增塑效果明顯增大。

從表3還可以看出：與未添加樹脂的A0配方膠料相比，添加3種樹脂的A1—A3配方膠料Fmax減小，3種樹脂膠料Fmax從大到小的順序為TL100樹脂、HB103樹脂、C5樹脂；在高用量下C5樹脂膠料與其他兩種樹脂膠料Fmax的差距明顯增大；3種樹脂膠料的硫化速度均不同程度減慢，在低用量下3種樹脂膠料的硫化速度從慢到快的順序為TL100樹脂、C5樹脂、HB103樹脂；在高用量下3種樹脂膠料的硫化速度從慢到快的順序為HB103樹脂和TL100樹脂、C5樹脂。

表3 3種樹脂用量對膠料硫化特性的影響

2.2.2 物理性能

樹脂品種及用量對硫化膠物理性能的影響如表4所示。

從表4可以看出：與未添加樹脂的A0配方膠料相比，添加3種樹脂的A1—A3配方膠料的硬度稍有降低；3種樹脂在低用量下HB103樹脂膠料的硬度較低，3種樹脂在高用量下C5樹脂膠料的硬度較低。3種樹脂膠料的回彈值均減小，3種樹脂在高用量下C5樹脂膠料和TL100樹脂膠料的回彈值明顯減小。3種樹脂膠料的定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率差異較大，無論3種樹脂在低用量還是高用量下，C5樹脂膠料的拉伸強度較高，TL100樹脂膠料的拉伸強度較低；3種樹脂在低用量下，TL100樹脂膠料的300%定伸應力較高，拉斷伸長率較小，但3種樹脂在高用量下，TL100樹脂膠料的300%定伸應力較低，拉斷伸長率較大。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因可能是不同樹脂在膠料中的用量存在不同極限值，樹脂用量過大時使用效果會明顯變差。

表4 3種樹脂用量對膠料物理性能的影響

2.2.3 動態(tài)力學性能

膠料0 ℃時的損耗因子（tanδ）表征膠料的抗?jié)窕阅埽渲翟酱螅z料的抗?jié)窕阅茉胶茫?0℃時的tanδ表征滾動阻力，其值越小，膠料的滾動阻力越低。

低樹脂用量硫化膠的tanδ-溫度曲線如圖1所示，高樹脂用量硫化膠的tanδ-溫度曲線如圖2所示，對應的動態(tài)力學性能參數(shù)如表5所示。

圖2 高用量樹脂硫化膠的tan δ-溫度曲線

從圖1和表5可以看出：3種樹脂在低用量下，與未添加樹脂的A0配方膠料相比，添加3種樹脂的A1—A3配方膠料的tanδ-溫度曲線整體向右上方移動，Tg均升高，3種樹脂膠料的Tg差異不大；0和60℃時的tanδ均增大，這說明3種樹脂膠料的抗?jié)窕阅芴岣撸z料的滾動阻力也不同程度增大。具體分析，與A0配方膠料相比，添加C5樹脂的A1配方膠料的抗?jié)窕阅茈m有所提高，但60 ℃時的tanδ增大7%，滾動阻力升高。與A1配方膠料相比，添加TL100樹脂和HB103樹脂的A2配方和A3配方膠料0 ℃時的tanδ分別增大14.0%和5.7%，抗?jié)窕阅茌^好；60 ℃時的tanδ分別減小3.5%和4.2%，滾動阻力較低。添加TL100樹脂和HB103樹脂的A2和A3配方膠料的抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力符合輪胎胎面膠性能的設計目標。相對而言，當樹脂用量為5份時，TL100樹脂和HB103樹脂膠料的動態(tài)力學性能比C5樹脂膠料優(yōu)勢明顯，而且TL100樹脂膠料的動態(tài)力學性能優(yōu)于HB103樹脂膠料。

圖1 低用量樹脂硫化膠的tan δ-溫度曲線

表5 3種樹脂硫化膠的動態(tài)力學性能

從圖2和表5可以看出：3種樹脂在高用量下，3種樹脂膠料抗?jié)窕阅軓暮玫讲畹捻樞驗镠B103樹脂、C5樹脂、TL-100樹脂；滾動阻力從低到高的順序為HB103樹脂、C5樹脂、TL-100樹脂；HB103樹脂膠料的綜合性能最好。

綜上所述，從膠料動態(tài)力學性能考慮，TL100樹脂適用于低樹脂用量膠料配方，HB103樹脂適用于高樹脂用量膠料配方。

3 結論

3種功能性樹脂在輪胎胎面膠中的應用研究得出以下結論。

（1）在膠料中添加C5樹脂、TL100樹脂和HB103樹脂，膠料的門尼粘度減小，硫化速度減慢。C5樹脂在低用量下對膠料的增塑效果不明顯，在高用量下使膠料的門尼粘度大幅降低。

（2）HB103樹脂在低用量下膠料的硬度較低，C5樹脂在高用量下膠料的硬度較低。3種樹脂膠料的回彈值均減小，C5樹脂和TL100樹脂在高用量下膠料的回彈值明顯減小。添加3種樹脂的膠料定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率差異較大。

（3）添加3種樹脂的膠料Tg和抗?jié)窕阅芴岣撸瑵L動阻力也有不同程度升高。從膠料滾動阻力和抗?jié)窕阅艿钠胶庑詠砜矗琓L100樹脂適用于低樹脂用量膠料配方，HB103樹脂適用于高樹脂用量膠料配方。