聚合物中空微球在胎面膠中的應用性能研究

王雷雷 王麗靜 鄭方遠 解希銘

（中國石油化工股份有限公司 北京化工研究院燕山分院，橡塑新型材料合成國家工程研究中心，北京 102500）

近年來，隨著社會的發展，綠色環保成為未來發展趨勢，在輪胎工業中綠色輪胎由于具有低滾動阻力、節油環保的特點而備受關注。隨著全球范圍內越來越多的國家實施輪胎標簽法規，對輪胎滾動阻力和抗濕滑性的等級要求越來越高，因此研究如何降低輪胎滾動阻力、提高抗濕滑性的對中國輪胎工業綠色升級具有重要意義。

聚合物中空微球由于具有低密度、光散射性好、比表面積高、熱絕緣性優良等優點，在輕質填料、高性能遮光涂料、微膠囊、皮革等領域有廣泛應用[1-5]。目前在橡膠應用領域的研究較少。

本文采用聚合物中空微球替代部分白炭黑，研究了聚合物中空微球不同替代量對復合材料性能的影響。

1 實驗部分

1.1 原料

溶聚丁苯橡膠：SSBR2636，中國石化燕山橡膠分公司產品；順丁橡膠：BR9000，中國石化茂名分公司產品；聚合物中空微球：粒徑300nm，北京化工大學提供；8#參比炭黑：天津億博瑞化工有限公司；白炭黑165MP：青島羅地亞公司產品；氧化鋅、硬脂酸及其他助劑均為市售級工業產品。

1.2 配方

實驗配方（質量分數）：SSBR2636 103，BR9000 25，8#炭黑5，白炭黑165MP變量，聚合物中空微球變量（白炭黑和聚合物中空微球共77份，聚合物中空微球替代白炭黑份數分別為0,4,8,12,16），S 1.4 ，促D 1.7 ，促TBBS 1.9 ，其它助劑27.3 。

1.3 試樣制備

采用兩段混煉工藝，一段物料為SSBR2636、BR9000、8#炭黑、白炭黑165MP、聚合物中空微球和其他助劑。二段物料為S、促D和促TBBS。

硫化膠制備：硫化溫度為160℃，壓力15 MPa，硫化時間根據無轉子硫化儀測得的正硫化時間tc90確定。

1.4 性能測試

（1）門尼粘度：按GB/T 1232.1-2016，在臺灣高鐵檢測儀器有限公司生產的GT-7080-S2型門尼粘度計上進行測試，測試條件為ML(1+4)100℃。

2）Payne效應：采用美國Alpha公司的橡膠加工分析儀RPA2000對混煉膠進行應變掃描。應變范圍0.7%-100%，頻率1 Hz，溫度60℃。

（3）硫化特性：按GB/T 16584-1996標準采用無轉子硫化儀（GT-M2000-A型，臺灣高鐵公司）測定，測試溫度160℃。

（4）力學性能：采用日本島津AG-20KNG型電子拉力機測試，按照GB/T 528-2009測試膠料拉伸應力應變性能，按照GB/T 531.1-2008測試邵爾A硬度。

5）動態力學性能：溫度掃描在德國GABO公司EPLEXOR 500 N動態熱機械分析儀上進行，采用拉伸夾具，測試頻率為11 Hz、溫度范圍：-80～80℃，升溫速率3℃/min，靜態應變1%，動態應變0.25%。

（6）DIN磨耗：按照國標《GB/T 9867-2008硫化橡膠耐磨性能的測定(旋轉輥筒式磨耗機法)》規定，采用DIN磨耗儀測試（GT-7012-D，臺灣高鐵儀器檢測有限公司）硫化橡膠的相對體積磨耗量。

2 結果與討論

2.1 門尼粘度

門尼粘度可以表征膠料的加工性能。膠料的門尼粘度大，塑性差，膠料不易混煉均勻以及加工性能差。聚合物中空微球替代量對膠料的門尼粘度的影響如表1所示。

從表1可以看出，隨著聚合物中空微球替代量的增大，混煉膠的門尼粘度逐漸減小，說明聚合物中空微球的加入能夠提高膠料的加工性能。

表1 聚合物中空微球替代量對膠料門尼粘度的影響

2.2 Payne效應

聚合物中空微球替代量對膠料的Payne效應的影響如圖1和表2所示。

從圖1和表2可以看出，隨著聚合物中空微球用量的增加，Payne效應逐漸減弱，說明聚合物中空微球能夠改善填料在橡膠基體中的分散性。

圖1 不同聚合物中空微球替代量的混煉膠G’-應變曲線

表2 不同聚合物中空微球替代量的混煉膠的ΔG’

2.3 硫化特性

聚合物中空微球替代量對膠料的硫化特性的影響如表3所示。

從表3可以看出，隨著聚合物中空微球替代量的增大，混煉膠的焦燒時間總體延長，說明聚合物中空微球能夠延長混煉膠的焦燒時間，對膠料的加工安全性有利。膠料的（tc90-tc10）值可以用來表征熱硫化階段的硫化速度，（tc90-tc10）值越小硫化膠的硫化速度越快。從表3中可以看出，添加少量聚合物中空微球時，硫化速度增大，但隨著聚合物中空微球替代量的增大，混煉膠的硫化速度逐漸減小。

表3 聚合物中空微球替代量對膠料硫化特性的影響

2.4 物理性能

聚合物中空微球替代量對膠料的物理性能的影響如表4所示。

從表4中可以看出，隨著聚合物中空微球替代量的增大，膠料硬度逐漸降低，定伸應力和拉伸強度總體減小，拉斷伸長率變化不大，撕裂強度減小。DIN磨耗量逐漸增大，說明膠料的耐磨性逐漸變差。

表4 聚合物中空微球替代量對膠料的物理性能的影響

2.5 動態力學性能

聚合物中空微球替代量對膠料的動態力學性能的影響如圖2和表5所示。

圖2 硫化膠的DMA溫度譜tanδ-T曲線

在輪胎工業中，通常用0℃的tanδ值表征材料的抗濕滑性能，60℃的tanδ值表征材料的滾動阻力。從表5可以看出，聚合物中空微球可以提高膠料的動態力學性能，在本實驗研究范圍內，抗濕滑性提高了5%～7%，滾動阻力降低了5%～8%。聚合物中空微球在低含量時改善動態力學性能更優。

表5 硫化膠的tanδ(0℃)、tanδ(60℃)和Tg值

3 結論

3.1 隨著聚合物中空微球替代量的增大，膠料的門尼粘度下降，加工性能提升，焦燒時間延長。

3.2 隨著聚合物中空微球替代量的增大，膠料的強度降低，拉斷伸長率變化不大，磨耗性能降低。

3.3 聚合物中空微球能夠提升膠料的動態力學性能，且低含量時效果更優。