杜仲橡膠在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用

何子鋒，吳晨靜，馬 勇，韓海光，米彥青，朱滕鵬，溫秀燕

（山東玲瓏輪胎股份有限公司 北京玲瓏研究分院，北京 101102）

杜仲橡膠產自于我國特有的一種經濟作物——杜仲樹，其化學成分是反式1，4-聚異戊二烯，與天然橡膠（NR）順式1，4-聚異戊二烯是同分異構體，但是它們的性質大不相同[1-2]。杜仲橡膠在室溫下是皮革狀的堅韌物質，生膠在10 ℃時結晶，40～50 ℃開始表現出彈性，65 ℃開始軟化，這些性質使其在常溫下為硬質塑料狀態，只能當作塑料的替代品或熱塑性彈性體使用，應用范圍十分有限。

研究人員采用共混方式[3-7]研究了杜仲橡膠對復合材料物理性能的影響。朱峰等[8]研究發現杜仲橡膠膠料具有良好的包輥性，摻用杜仲橡膠的膠料定伸應力提高，滾動阻力和壓縮生熱降低，耐疲勞性能優異，耐磨性能和干濕路面摩擦因數保持較高水平，即輪胎三大行駛性能間有較好的綜合平衡。因此，開展杜仲橡膠與其他品種橡膠共混物的研究具有很大價值[9-11]。當前，國內對杜仲橡膠在輪胎中應用的研究報道相對較少。

為了給杜仲橡膠在輪胎胎面膠中應用提供有效的參考，本工作從兩個角度著手研究杜仲橡膠在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用，一是在胎面膠中直接添加杜仲橡膠；二是在胎面膠中用杜仲橡膠等量替代NR。

1 實驗

1.1 主要原材料

杜仲橡膠，山東玲瓏輪胎股份有限公司產品；NR，煙膠片，中化國際（控股）股份有限公司提供。

1.2 配方

試驗配方見表1。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設備和儀器

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉采用密煉機，混煉工藝為：生膠→小料→炭黑→排膠（160℃）；二段混煉采用開煉機，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→排膠（低于95 ℃）。

試樣采用平板硫化機硫化，硫化條件為151℃×30 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按相應國家標準測試。

2 結果與討論

2.1 直接添加杜仲橡膠

2.1.1 硫化特性

膠料的硫化特性見表2。

表2 直接添加杜仲橡膠膠料的硫化特性

從表2可以看出：加入杜仲橡膠后，膠料的門尼粘度增大，門尼焦燒時間略有延長；隨著杜仲橡膠用量的增大，t90略有延長，Fmax－FL呈減小趨勢，即交聯密度減小，這是由于杜仲橡膠結構中含有雙鍵，可參與到交聯反應中，消耗了一部分促進劑和硫黃。

2.1.2 物理性能

針對以往傳統的設計對象，主要圍繞平面表達方式展開，數據大都通過離散形式在不同圖紙和數據表格中得以體現，在開展實際工作時，需要在這些圖紙和表格中提取數據，這無疑會增加工作壓力。基于此，如果將設計過程中的表達對象轉換成三維形式，集中整合這些離散的數據，構建統一的工作數據流，實現數據處理的無縫對接，進而減少數據提取工作的壓力。

硫化膠的物理性能見表3。

表3 直接添加杜仲橡膠硫化膠的物理性能

從表3可以看出，隨著杜仲橡膠用量的增大，硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應力和300%定伸應力呈減小趨勢，抗切割指數先減小后增大，拉伸強度和回彈值變化不大，拉斷伸長率呈增大趨勢，這可能是由于硫化膠的交聯密度小造成的。

從表3還可以看出，隨著杜仲橡膠用量的增大，老化后硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應力、300%定伸應力和DIN磨耗指數呈減小趨勢，回彈值和拉伸強度變化不大，老化后物理性能變化趨勢與老化前基本一致。加入杜仲橡膠后，硫化膠老化后定伸應力變化率增大，這可能是杜仲橡膠結晶受膠料交聯密度影響的緣故。

2.1.3 動態力學性能

不同溫度下膠料的損耗因子（tanδ）見表4。

表4 直接添加杜仲橡膠膠料的tanδ

從表4可以看出，隨著杜仲橡膠用量的增大，膠料0和25 ℃時的tanδ先增大后減小，但均大于未添加杜仲橡膠的膠料，60 ℃時的tanδ變化不大，表明隨著杜仲橡膠用量的增大，膠料的抗濕滑性能先提高后下降，滾動阻力變化不大。

2.2 杜仲橡膠等量替代NR

2.2.1 硫化特性

膠料的硫化特性見表5。

表5 杜仲橡膠等量替代NR膠料的硫化特性

從表5可以看出，隨著杜仲橡膠用量的增大，膠料的門尼粘度呈增大趨勢，t90基本呈延長趨勢，Fmax－FL先增大后減小，當杜仲橡膠用量為10和15份時，膠料的Fmax－FL已小于不添加杜仲橡膠的膠料，可以推測杜仲橡膠會降低材料的交聯密度。

2.2.2 物理性能

硫化膠的物理性能見表6。

表6 杜仲橡膠等量替代NR硫化膠的物理性能

由表6可知：替代后隨著杜仲橡膠用量的增大，硫化膠的硬度、100%定伸應力、300%定伸應力呈減小趨勢，拉斷伸長率、回彈值、DIN磨耗指數和抗切割指數呈增大趨勢，拉伸強度變化較小；替代后隨著杜仲橡膠用量的增大，硫化膠老化后的硬度和拉斷伸長率呈增大趨勢，拉伸強度和DIN磨耗指數先增大后減小，100%定伸應力和300%定伸應力呈減小趨勢，回彈值和抗切割指數變化不大；杜仲橡膠等量替代NR后，硫化膠老化后的100%定伸應力變化率、300%定伸應力變化率和DIN磨耗指數變化率均增大，而拉伸強度變化率、拉斷伸長率變化率和回彈值變化率趨于減小，抗切割指數變化不大，老化后物理性能變化趨勢與老化前不完全一致。

2.2.3 動態力學性能

不同溫度下膠料的tanδ見表7。

表7 杜仲橡膠等量替代NR膠料的tanδ

從表7可以看出，杜仲橡膠等量替代NR后，膠料0 ℃時的tanδ增大，25 ℃時的tanδ變化無明顯規律，60 ℃時的tanδ減小，說明替代后膠料的抗濕滑性能提高，滾動阻力下降。

3 結論

（1）在胎面膠中直接添加杜仲橡膠，膠料的門尼粘度增大，門尼焦燒時間略有延長；隨著杜仲橡膠用量的增大，t90略有延長，Fmax－FL呈減小趨勢，硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應力和300%定伸應力呈減小趨勢，抗切割指數先減小后增大，拉伸強度和回彈值變化不大，拉斷伸長率呈增大趨勢，老化后物理性能變化趨勢與老化前基本一致；膠料0和25 ℃時的tanδ先增大后減小，但均大于未添加杜仲橡膠的膠料，60 ℃時的tanδ變化不大，表明膠料的抗濕滑性能先提高后下降，滾動阻力變化不大。

（2）將杜仲橡膠等量替代NR，隨著杜仲橡膠用量的增大，膠料的門尼粘度呈增大趨勢，t90基本呈延長趨勢，Fmax－FL先增大后減小；硫化膠的硬度、100%定伸應力、300%定伸應力呈減小趨勢，拉斷伸長率、回彈值、DIN磨耗指數和抗切割指數呈增大趨勢，拉伸強度變化較小，老化后物理性能變化趨勢與老化前不完全一致；膠料0 ℃時的tanδ增大，25 ℃時的tanδ變化無明顯規律，60 ℃時的tanδ減小，表明膠料的抗濕滑性能提高，滾動阻力下降。