釹系順丁橡膠在綠色輪胎胎面膠中的應用

高冬蘭，魏靜勛

（江蘇通用科技股份有限公司，江蘇 無錫 214199）

歐盟輪胎標簽法規對輪胎燃油效率、抗濕滑性能和噪聲進行了強制性規定。胎面產生的滾動阻力約占輪胎滾動阻力的49%，降低胎面滾動阻力并提高其耐磨性能是高性能綠色輪胎設計的重要任務。據研究，輪胎滾動阻力降低10%，汽車燃油消耗量減小0.1 L·（100 km）-1，二氧化碳排放量減小0.2 g·km-1[1-2]。

釹系順丁橡膠（NdBR）是以稀土金屬釹為主體催化體系的高順式-1，4-結構的聚丁二烯橡膠。NdBR具有順式-1，4-結構含量高、相對分子質量大、拉伸結晶快、加工性能好、硫化速度快、強伸性能和彈性好、生熱低等特點，能減小輪胎滯后損失，降低滾動阻力和生熱，提高耐磨性能[3-4]。

本工作研究NdBR在綠色輪胎胎面膠中的應用，探討NdBR對胎面膠性能的影響，為綠色輪胎原材料的選用提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR5，云南農墾集團有限責任公司產品。NdBR，牌號Buna CB22；溶聚丁苯橡膠（SSBR），牌號SL PBR 4089，充油量為15份，德國朗盛集團公司產品。炭黑BL201，山東貝斯特化工有限公司產品。白炭黑，牌號Newsil 175FFG，確成硅化學股份有限公司產品。

1.2 試驗配方

試驗配方如表1所示。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設備與儀器

KD-1-5型密煉機，利拿機械工業股份有限公司產品；XSK-150型開煉機，莊河橡膠機械有限公司產品；XLB-Q型平板硫化機，浙江湖州東方機械有限公司產品；MV2000型門尼粘度計、MDR2000型硫化儀和RPA2000橡膠加工分析儀（RPA），美國阿爾法科技有限公司產品；AI-2000M型拉力試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產品；401A型熱空氣老化箱，江都市新真威試驗機械有限責任公司產品；EPLEXOR 500N型橡膠動態力學分析儀（DMA），德國Gabo公司產品。

1.4 混煉工藝

膠料混煉分兩段進行。一段混煉在密煉機中進行，密煉室初始溫度為100 ℃，轉子轉速為60 r·min-1。混煉工藝為：生膠→小料→炭黑、白炭黑和偶聯劑→提壓砣→清掃→壓壓砣→提壓砣→排膠[溫度為（150±5） ℃]。

二段混煉在開煉機上進行。混煉工藝為：一段混煉膠→輥距調至4 mm→包輥→硫黃、促進劑和防焦劑→左右各割刀3次→打三角包6次→輥距調至2 mm→下片。

1.5 性能測試

（1）DMA溫度掃描。溫度為-80～+100 ℃，動態應變為0.5%，靜態應變為5%，升溫速率為2℃·min-1，頻率為10 Hz。

（2）RPA應變掃描。應變為0.5%～8%，溫度為60 ℃，頻率為1 Hz。

（3）膠料其他性能均按相應國家標準測試。

2 結果與討論

2.1 生膠理化性能

NdBR生膠理化性能如表2所示。

表2 NdBR生膠理化性能

從表2可以看出，NdBR生膠理化性能符合企業標準要求。

2.2 膠料物理性能

膠料的硫化特性和物理性能如表3所示。

從表3可以看出，與未采用NdBR的1#配方和3#配方膠料分別相比，采用NdBR的2#配方和4#配方膠料的門尼粘度較大，門尼焦燒時間較短，硫化轉矩較大，硫化速度相當，硬度和定伸應力較高，拉伸強度和拉斷伸長率略低，撕裂強度相當，耐磨性能和耐熱老化性能較好。

表3 膠料的硫化特性和物理性能

2.3 膠料動態力學性能

2.3.1 DMA分析

膠料的DMA溫度掃描結果如圖1（E′為彈性模量）和表4所示。

一般用60℃時的損耗因子（tanδ）表示膠料的滾動阻力，膠料60 ℃時的tanδ越小，滾動阻力越低。從圖1和表4可以看出：與1#配方和3#配方膠料分別相比，2#配方和4#配方膠料的60 ℃時tanδ較小，滾動阻力較低，E′也較低；其中，4#配方膠料較3#配方膠料60 ℃時的tanδ降幅很小，滾動阻力略低。

圖1 膠料的DMA溫度掃描曲線

表4 DMA對膠料的溫度掃描數據

2.3.2 RPA分析

膠料的RPA應變掃描曲線（溫度為60 ℃）如圖2所示。

一般用應變為4%時的tanδ分析胎面膠的性能。從圖2可以看出：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的60 ℃時的tanδ（應變為4%）較小，滾動阻力較低；與3#配方膠料相比，4#配方膠料60 ℃時tanδ（應變為4%）相近，滾動阻力接近。這與DMA分析結果相似。

圖2 膠料的RPA應變掃描曲線

2.3.3 生熱

膠料60 ℃時的tanδ與回彈值相關性如圖3所示。

圖3 膠料 60 °C時的tanδ與回彈值相關性

一般來說，膠料60 ℃時的tanδ與回彈值呈線性關系；膠料的回彈值越大，生熱越低。從圖3可以看出：與RPA分析相比，DMA分析的膠料60 ℃時的tanδ與回彈值的線性相關性較好；與1#配方和3#配方膠料分別相比，2#配方和4#配方膠料的回彈值較大，生熱較低。

3 結論

與未采用NdBR的胎面膠相比，采用20份NdBR的胎面膠的門尼粘度較大，門尼焦燒時間較短，加工性能和加工安全性能較差，可以通過調整配方體系改善；強伸性能相當或略差，耐磨性能和耐熱老化性能較好；滾動阻力降低或相當，生熱降低。總的來看，NdBR有利于提高胎面耐磨性能，并降低滾動阻力和生熱，可以作為綠色輪胎用原材料。