釹系順丁橡膠在缺氣保用輪胎支撐膠中的應用

鄭 濤，潘 超，張 寧，龍飛飛，姜 杰，徐 巖

（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

釹系順丁橡膠（BR）是以稀土釹化合物為主要催化劑合成的高順式1，4-結構含量的聚丁二烯。釹系BR具有規整的鏈結構，平均相對分子質量大，相對分子質量分布可調，其在拉伸作用下表現出類似天然橡膠（NR）的誘導結晶性能，因而具有較高的生膠強度。釹系BR自粘性能好，加工性能優異，在耐磨、耐疲勞、耐老化、耐生熱等方面優于傳統的鎳系、鈦系和鈷系BR，有助于降低輪胎的滯后損失和內生熱，同時改善輪胎內部老化、龜裂等現象，從而提高輪胎的耐久性能和高速性能。釹系BR符合當今社會對綠色輪胎節能、安全、耐用和環保等方面的需求[1-4]，是開發高性能輪胎、節能輪胎和安全輪胎的優選膠種[5-6]。

隨著我國汽車保有量的飛速增長，輪胎行業高速發展。傳統輪胎一旦被扎破，會立即失壓，胎側塌陷，駕駛者會失去對車輛的操控能力，即便是在較低的行駛速度下也有可能發生交通事故。據不完全統計，46%的高速公路交通事故是由輪胎故障引起的，而爆胎引起的事故占輪胎故障事故的70%左右。為提高輪胎的附加值，增大安全系數，缺氣保用輪胎應運而生。

目前，缺氣保用輪胎主要應用于勞斯萊斯、奔馳、寶馬等豪華車型，隨著車輛的全民私有化以及國民對安全的重視，其市場前景廣闊[7]。

我公司開發的缺氣保用輪胎是在失壓情況下依靠胎側剛性或支撐結構能夠繼續行駛一段時間的輪胎，其安全性和操縱性能較高，給車主出行安全帶來便利。本工作主要研究釹系BR在缺氣保用輪胎支撐膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，TSR20，馬來西亞產品；釹系BR，牌號CB24，朗盛化學（中國）有限公司產品；炭黑N550，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；工藝油V700，上海麒祥化工科技有限公司產品；氧化鋅，安丘市恒山鋅業有限公司產品；硬脂酸，青島旭謙進出口有限公司提供；防焦劑CTP和抗硫化返原劑PK900，山東陽谷華泰化工股份有限公司產品；促進劑TiBTD、促進劑TBBS、防老劑4020和防老劑RD，山東尚舜化工有限公司產品；不溶性硫黃HSOT-20母膠（NR/不溶性硫黃HSOT-20質量比為70/30），自制。

1.2 試驗配方

原配方：NR 97，炭黑N550 70，工藝油V700 2，氧化鋅 4，硬脂酸 1，防焦劑CTP/抗硫化返原劑PK900 2.2，防老劑4020/防老劑RD/促進劑TBBS 5.3，不溶性硫黃HSOT-20母膠4.29。

試驗配方：NR 67，釹系BR 30，防老劑4020/防老劑RD/促進劑TBBS/促進劑TiBTD 7，防焦劑CTP/抗硫化返原劑PK900 2.3，配方其他組分及用量同原配方。

1.3 主要設備和儀器

X（S）M-1.5X型密煉機、XK-160型開煉機和XLB-400-400型四立柱平板硫化機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產品；XM-270型密煉機和XKR-660型開煉機，軟控股份有限公司產品；MV3000型門尼粘度儀，德國Montech公司產品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；3365型電子拉力機，美國英斯特朗公司產品；Z3130型硬度計，德國Zwick公司產品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗

小配合試驗膠料采用2段混煉工藝，一段混煉在X（S）M-1.5X型密煉機（填充因數為0.7）中進行，轉子轉速為65 r·min-1，混煉工藝為：加入NR，混煉30 s→加入硬脂酸等小料，混煉15 s→加入炭黑，混煉至105 ℃→加入工藝油V700，混煉至125℃→清掃→排膠（135 ℃），使用XK-160型開煉機下片，停放6 h后備用。二段混煉在XK-160型開煉機上進行，輥溫為（50±5）℃，混煉工藝為：根據膠量調整輥距，加入一段混煉膠，通過打卷、打三角包方式搗膠至膠料均勻包輥，加入不溶性硫黃HSOT-20母膠、促進劑和氧化鋅等，左右3/4割膠各3次，調整輥距薄通10次，下片、待用。

1.4.2 大配合試驗

大配合試驗膠料采用SSM低溫一步法煉膠工藝，NR與硬脂酸、不溶性硫黃HSOT-20母膠、促進劑和氧化鋅等小料在XM-270型密煉機中初步混煉均勻后，排放到XKR-660型開煉機上，壓制成片后分流給4組全自動混煉開煉機，膠料在每組混煉開煉機上實現自動混煉，全過程為補充混煉、冷卻和收取[8-14]。

1.5 性能測試

膠料性能和成品輪胎性能均按照相應國家標準和企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 小配合試驗

2.1.1 硫化特性

小配合試驗膠料的硫化特性見表1。

從表1可以看出：與原配方膠料相比，試驗配方膠料的門尼粘度降低，門尼焦燒時間延長，膠料的加工性能和加工安全性提高；FL和Fmax均減小，t10和t50延長。

表1 小配合試驗膠料的硫化特性

2.1.2 物理性能

小配合試驗硫化膠的物理性能見表2。

從表2可以看出：與原配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的硬度降低，拉伸強度、撕裂強度和回彈值提高，壓縮疲勞溫升大幅降低，釹系BR的低生熱性能得到體現，有利于提高缺氣保用輪胎的低氣壓性能。

表2 小配合試驗硫化膠的物理性能

2.2 大配合試驗

2.2.1 硫化特性

大配合試驗膠料的硫化特性見表3。

從表3可以看出，大配合試驗結果與小配合試驗結果基本一致。

表3 大配合試驗膠料的硫化特性

2.2.2 物理性能

大配合試驗硫化膠的物理性能見表4。

表4 大配合試驗硫化膠的物理性能

從表4可以看出，與原配方硫化膠相比，試驗配方硫化膠的硬度降低，拉伸強度、撕裂強度和回彈值提高，壓縮疲勞溫升大幅降低，大配合試驗結果與小配合試驗結果基本一致。

2.3 成品性能

采用試驗配方試制成品缺氣保用輪胎，并以225/45R18 95W FRD866缺氣保用輪胎為例進行成品性能對比試驗。

2.3.1 強度性能

輪胎強度性能按GB/T 4502—2009《轎車輪胎性能室內試驗方法》進行測試。結果表明：試驗輪胎第1—4點破壞能均超過標準規定值（588 J），第5點破壞能為690 J（未壓穿），為標準規定值的117%；原生產輪胎第1—4點破壞能均超過標準規定值（588 J），第5點破壞能為606 J（未壓穿），為標準規定值的103%。試驗輪胎強度性能良好，優于原生產輪胎。

2.3.2 耐久性能

輪胎耐久性能按GB/T 4502—2009進行測試，試驗條件及結果如表5所示。

表5 成品輪胎耐久性試驗條件及結果

從表5可以看出：試驗輪胎累計行駛時間為46.4 h，通過第7階段，已滿足研發標準，超過國家標準要求；試驗輪胎的耐久性能優于原生產輪胎。

2.3.3 高速性能

輪胎高速性能按照企業標準QB GP 04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗方法》進行測試，試驗條件及結果如表6所示。

從表6可以得出：試驗輪胎累計行駛時間為1.48 h，通過第7階段，已滿足研發標準，超過國家標準要求；試驗輪胎的高速性能優于原生產輪胎。

表6 成品輪胎高速性能試驗條件及結果

2.3.4 零氣壓性能

輪胎零氣壓性能按照企業標準Q/B NP03—2017《自體支撐型缺氣保用輪胎耐久性能試驗方法》進行測試，試驗輪胎充氣壓力為零，負荷率為65%，試驗速度為80 km·h-1。試驗結果表明，試驗輪胎累計行駛時間為88 min，原生產輪胎為58 min，試驗輪胎的缺氣保用性能比原生產輪胎大幅提高。

3 結論

在缺氣保用輪胎支撐膠配方中使用釹系BR等量替代30份的NR，膠料的加工性能和加工安全性提高，硫化膠的硬度降低，拉伸強度、撕裂強度和回彈值提高，壓縮疲勞溫升大幅降低，釹系BR的低生熱性能得到體現，有利于提高缺氣保用輪胎的低氣壓性能。成品輪胎的強度性能、耐久性能、高速性能和零氣壓性能均提高，均滿足相應國家標準和企業標準要求。