防焦劑CTP對巰基硅烷Si747改性白炭黑膠料性能的影響

董興旺，劉 超，劉 輝，王丹靈

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310008）

輪胎是汽車不可缺少的部件，汽車生產企業的研發人員在挑選適配輪胎時，對輪胎的滾動阻力和能耗要求越來越高。為降低輪胎滾動阻力，輪胎配方工程師們采用了許多方法，如在胎面膠配方的開發過程中通過各種方式降低膠料的生熱，例如使用白炭黑、改性溶聚丁苯橡膠（SSBR）、硅烷偶聯劑、功能樹脂以及其他助劑等來降低膠料的滯后損失，從而降低輪胎的滾動阻力[1-2]。

近年來，輪胎配方工程師們采用巰基硅烷Si747降低添加白炭黑的胎面膠的生熱。但是由于巰基的化學活性高，巰基硅烷與白炭黑在硅烷化過程中，容易釋放出硫并與橡膠的雙鍵發生早期交聯[3-4]。因此，保證巰基硅烷Si747與白炭黑的硅烷化反應，同時巰基硅烷Si747與橡膠之間不發生或減少發生早期交聯成為輪胎配方工程師們的一個重要研究課題。

本工作主要研究防焦劑CTP對巰基硅烷Si747改性白炭黑膠料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

SSBR1453和SSBR2466，臺橡股份有限公司產品；炭黑N234，上海卡博特化工有限公司產品；白炭黑1165MP，索爾維精細化工添加劑（青島）有限公司產品；巰基硅烷Si747，江蘇麒祥化工有限公司產品；防焦劑CTP，山東陽谷華泰化工股份有限公司產品；硫黃，牌號S200-10S，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產品；促進劑CBS，山東尚舜化工有限公司產品；促進劑DPG，科邁化工股份有限公司產品。

1.2 配方

生產配方：SSBR1453 35，SSBR2466 65，炭黑N234 15，白炭黑1165MP 80，環保油V700 21，巰基硅烷Si747 8.5，硫黃 1.8，促進劑CBS 2，促進劑DPG 2.5，其他 22.5。

試驗配方添加0.5份防焦劑CTP，配方其余組分和用量同生產配方。

1.3 主要設備和儀器

SK-160型開煉機，上海橡膠機械制造廠有限公司產品；1.5 L切線型密煉機，青島測控科技有限公司產品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產品；GT-M2000型硫化機、GT-TS-2000-M型電子拉力機和GT-7012-D型DIN磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；VR-7120型動態力學性能分析（DMA）儀，日本上島制作所產品。

1.4 試樣制備

試驗配方與生產配方膠料均采用3段混煉工藝，混煉設備采用1.5 L切線型密煉機，填充因數為0.65，轉子轉速為55 r·min-1。

一段混煉工藝：SSBR1453和SSBR2466→塑煉30 s→白炭黑1165MP、巰基硅烷Si747、防焦劑CTP等→壓壓砣至110 ℃→提壓砣→清掃→壓壓砣至135 ℃→恒溫200 s→排膠→在開煉機上出片→停放24 h。

二段混煉工藝：一段混煉膠→壓壓砣至125℃→提壓砣→清掃→壓壓砣至130 ℃→恒溫100 s→排膠→在開煉機上出片→停放24 h。

三段混煉工藝：二段混煉膠→硫黃、促進劑CBS和促進劑DPG→壓壓砣至105 ℃→提壓砣→清掃→壓壓砣至105 ℃→排膠→在開煉機上出片→停放24 h，待用。

終煉膠在平板硫化機上硫化，試片厚度為2 mm，硫化條件為165 ℃×15 min。

1.5 性能測試

（1）Payne效應：采用橡膠加工分析儀測試硫化膠的儲能模量（G′），應變范圍為0.28%～42%，用表征白炭黑的分散程度，ΔG′越小，白炭黑分散越好[3]。

（2）動態力學性能：DMA測試條件為頻率 20 Hz，預應變 7%，溫度范圍－40～80 ℃，動應變0.25%。

（3）其他性能均按相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

混煉膠的硫化特性如表1所示。

從表1可以看出，與生產配方膠料相比，加入防焦劑CTP的試驗配方膠料的門尼焦燒時間和t90延長，FL和Fmax略有減小，硫化速率降低。

表1 混煉膠的硫化特性

2.2 Payne效應

硫化膠的G′-應變（ε）關系曲線見圖1。

測試結果顯示，試驗配方和生產配方膠料的ΔG′分別為615和674 MPa，表明試驗配方膠料的Payne效應弱于生產配方膠料，白炭黑分散性更好。由此可知，在試驗配方中加入防焦劑CTP，在混煉過程中能夠延緩巰基硅烷Si747的巰基與橡膠發生早期交聯，使得白炭黑與巰基硅烷Si747的硅烷化反應更徹底[5]。

2.3 物理性能

硫化膠的物理性能如表2所示。

從表2可以看出：老化前，試驗配方膠料的硬度、拉伸強度、拉斷伸長率與生產配方膠料相當，撕裂強度略有提升，耐磨性能較優；老化后，試驗配方膠料的硬度與生產配方膠料相當，但拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度都高于生產配方膠料，耐磨性能依然較好。

表2 硫化膠的物理性能

2.4 動態力學性能

一般來說，硫化膠0 ℃的損耗因子（tanδ）越大，表示輪胎的濕地抓著性能越好，60 ℃的tanδ越小，表示輪胎的生熱越低。

硫化膠的tanδ與溫度的關系曲線如圖2所示，動態力學性能如表3所示。

表3 硫化膠的動態力學性能

從圖2和表3可以看出，試驗配方硫化膠0和60℃的tanδ與生產配方硫化膠相差不大，說明二者的濕地抓著性能和生熱性能相當。這表明在試驗配方膠料混煉過程加入防焦劑CTP，對輪胎的濕地抓著性能和生熱性能無明顯不利影響。

3 結論

在巰基硅烷Si747與白炭黑硅烷化反應過程中，加入防焦劑CTP，能夠延緩巰基與橡膠的早期交聯，使白炭黑與巰基硅烷Si747的硅烷化反應更徹底，巰基硅烷與白炭黑分散均勻，降低膠料的Payne效應；能夠改善老化前后膠料的物理性能和耐磨性能，對輪胎的濕地抓著性能和生熱性能無不利影響。