模量增強劑8180在缺氣保用輪胎支撐膠中的應用

倪 寶，王 超，謝誠堅，王丹靈

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

缺氣保用輪胎又稱安全輪胎，它可在輪胎失壓情況下保證車輛以一定的速度繼續穩定行駛一定的里程，且車輛的操縱穩定性和乘坐舒適性不明顯降低。缺氣保用輪胎可以大幅度降低漏氣或爆胎引發的交通事故，從而提升行車安全性[1-3]。自體支撐型缺氣保用輪胎是目前市場上的主流，其特點是胎側采用特殊多層結構設計，增加高強度支撐膠，極大地提升胎側強度，使輪胎在零氣壓情況下依然能夠支撐車輛。

胎側支撐膠是自體支撐型缺氣保用輪胎的關鍵部件。當輪胎失壓時，胎側支撐膠對輪胎胎體起到良好的支撐作用，因此要求胎側支撐膠具有高模量和低生熱性能，高模量保證輪胎在失壓情況下的下沉量小，低生熱防止輪胎在失壓情況下高速行駛時支撐膠升熱破壞[4-5]。

模量增強劑8180是改性酚醛樹脂及其他助劑的混合物，在硫化過程中，可以形成穩定的化學鍵及樹脂鍵，同時可以改變多硫鍵與單硫和雙硫鍵比例，增加單硫和雙硫鍵，從而進一步提高膠料模量。由于交聯鍵的“縮短”，使得硫鍵間蠕動減小，降低了膠料動態形變時的生熱。

本工作研究模量增強劑8180在缺氣保用輪胎支撐膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SVR3L，越南產品；炭黑改性低順式順丁橡膠（LCBR），牌號500，日本合成橡膠株式會社產品；炭黑N550，美國卡博特公司產品；環烷油，中國石化潤滑油荊門分公司產品；模量增強劑8180，臺州市黃巖東海化工有限公司產品。

1.2 試驗配方

1#配方：NR 40，LCBR 60，炭黑N550 60，氧化鋅 5，硬脂酸 1.5，防老劑 3.5，環烷油1，硫化劑 10.25，其他 3.25。

2#配方添加2份模量增強劑8180，其余均同1#配方。

1.3 主要設備和儀器

S（X）K-160型開煉機，上海市拓林輕化機械廠產品；F370型密煉機，大連橡膠塑料機械股份有限公司產品；M200E型門尼粘度儀，北京市友深電子儀器有限公司產品；GT-2000A型無轉子流變儀，上海諾甲儀器儀表有限公司產品；TS-2000M型拉力試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品：VR-7120型動態熱力學分析儀，日本Ueshima公司產品；RPA2000橡膠加工分析儀（RPA），美國阿爾法科技有限公司產品。

1.4 混煉工藝

大配合試驗膠料分3段混煉，一段混煉轉子轉速為50 r·min-1，填充因數為0.72，煉膠工藝如下：加入生膠、炭黑和小料→壓壓砣30 s→加入環烷油→壓壓砣→155 ℃排料；二段混煉轉子轉速為50 r·min-1，填充因數為0.7，煉膠工藝如下：加入一段混煉膠→壓壓砣→110 ℃提壓砣→壓壓砣→150℃排膠；三段混煉轉子轉速為50 r·min-1，填充因數為0.68，煉膠工藝如下：加入二段混煉膠、硫黃、促進劑→壓壓砣→105 ℃排膠。各段混煉膠均需停放4 h后進行下一段混煉。

1.5 性能測試

膠料動態力學性能測試條件如下：應變7%±2%，溫度 30～100 ℃，升溫速率 2℃·min-1，頻率 10 Hz；RPA時間掃描條件：預硫化 160 ℃×15 min，應變 18%，溫度 150 ℃，頻率 12 Hz，掃描時間 0～30 min。

膠料其余性能均按照相應國家或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 加工性能和物理性能

膠料的加工性能和物理性能如表1所示。

從表1可以看出，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的焦燒安全性略有提高，門尼粘度和Fmax增大，定伸應力有所提高，拉伸強度和拉斷伸長率變化不大。2#配方膠料的Fmax和定伸應力提高可能歸因于模量增強劑8180額外反應的化學鍵。

表1 膠料的加工性能和物理性能

2.2 動態力學性能

60 ℃時的損耗因子（tanδ）通常用于表征膠料的動態生熱[6-7]。兩個配方膠料的tanδ-溫度曲線如圖1所示。

圖1 膠料的tan δ-溫度曲線

由圖1可見，與1#配方膠料相比，2#配方膠料60℃時的tanδ明顯減小，表明其動態生熱明顯下降。

兩個配方膠料的動態模量（E′）-溫度曲線如圖2所示。由圖2可見，2#配方膠料的E′明顯高于1#配方膠料。

圖2 膠料的E′-溫度曲線

2.3 RPA時間掃描

在恒定高溫下，膠料會由于內部的化學反應而引起結構的變化，從而使性能發生變化[8-10]。RPA可以測試膠料在恒定溫度下彈性模量（G′）隨時間的變化。因此本研究中，采用RPA對固定溫度下膠料進行時間掃描，以表征膠料在高溫下的模量特性，膠料的G′-時間掃描結果如圖3所示。

圖3 膠料的G′-時間曲線

由圖3可見，2#配方膠料的G′始終高于1#配方膠料。

2.4 成品性能

分別采用1#和2#配方膠料試制225/55 R17 101W SA37缺氣保用輪胎，并進行零氣壓耐久性測試，各配方送檢4條輪胎。按照本公司內部測試條件，以80 km·h-1速度測試，直到輪胎支撐膠破壞為止。輪胎零氣壓耐久性測試結果見表2。

表2 輪胎零氣壓耐久性測試結果 min

由表2可見，采用2#配方膠料試制的缺氣保用輪胎零氣壓耐久性能及其穩定性均明顯優于1#配方膠料輪胎。

3 結論

（1）在缺氣保用輪胎支撐膠中加入模量增強劑8180，膠料的門尼粘度和Fmax增大，定伸應力提高，拉伸強度和拉斷伸長率變化不大，動態生熱明顯降低，動態模量提高。

（2）缺氣保用輪胎成品測試結果表明，在支撐膠中加入模量增強劑8180可有效提升輪胎的零氣壓耐久性能。