增效劑CST812在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用

程 茹，王小娟，李培軍，周 靜，樊斌斌

（風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

充氣輪胎在滾動過程中由于滾動阻力的存在，車輛的燃油消耗增大[1]。隨著歐洲輪胎標簽法的升級和實施，以及其他國家和地區逐漸頒布相應的輪胎標簽法規，對輪胎滾動阻力的要求越來越嚴格[2]。這就需要對輪胎膠料性能進行優化，特別是對滾動阻力影響大的胎面膠[3-4]。目前，應用新型橡膠材料、低滯后損失的補強材料及新型添加劑進行胎面膠配方優化是重要的研究方向[5-10]。

增效劑CST812是一種特殊的多功能型硅烷化反應增效劑，可以促進天然橡膠（NR）與硅烷偶聯劑偶聯反應，使硅烷和橡膠材料更易發生親電加成反應，并且反應效率較高，可提高NR與硅烷的偶聯效率，同時降低Payne效應和膠料的滯后損失。

本工作主要研究增效劑CST812在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用。

1 實驗

1.1 原材料

NR，STR，泰國產品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司產品；炭黑N234，龍星化工股份有限公司產品；白炭黑，山東聯科白炭黑有限公司產品；硅烷偶聯劑TESPT，景德鎮宏柏化學科技有限公司產品；增效劑CST812，外觀為黑色顆粒，灰分質量分數不大于30%，江蘇麒祥高新材料有限公司產品；氧化鋅，石家莊志億鋅業有限公司產品；硬脂酸，杭州油脂化工有限公司產品；硫黃，山東陽谷華泰化工股份有限公司產品；促進劑CBS，科邁化工股份有限公司產品；其余材料均為市售產品。

1.2 試驗配方

設計配方時，為降低膠料的生熱和滯后損失，用白炭黑部分等量替代炭黑；同時，考慮增效劑CST812可以起到增效和提高偶聯反應的作用，未調整硅烷偶聯劑TESPT的用量。

試驗配方如表1所示。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設備和儀器

1.5 L密煉機，美國法雷爾公司產品；Φ160mm×320 mm開煉機，廣東湛江機械廠產品；MDR2000型硫化儀和RPA2000橡膠加工分析（RPA）儀，美國阿爾法科技有限公司產品；140T型平板硫化機，上海橡膠機械一廠產品；邵爾A型硬度計，上海化工機械四廠產品；Tensi TECH型電子拉力機，美國德寶公司產品；MZ-4061型阿克隆磨耗試驗機，中國臺灣高鐵科技股份有限公司產品；Ultimate全自動壓縮生熱試驗機，德國DOLI公司產品；RSS-Ⅱ型橡膠滾動阻力試驗機和RCC-Ⅰ型動態切割試驗機，北京萬匯一方科技發展有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料混煉采用2段工藝，一段混煉在密煉機中進行，二段混煉在開煉機上進行。

一段混煉工藝為：加入生膠，壓壓砣，在轉子轉速為80 r·min-1下混煉60 s，加入炭黑、白炭黑及硅烷偶聯劑TESPT、增效劑CST812、氧化鋅和硬脂酸，壓壓砣，繼續混煉90 s，提壓砣，再壓壓砣，混煉90 s后排膠。

二段混煉工藝為：在一段混煉膠中添加硫黃和促進劑，混煉均勻，薄通后下片。

混煉膠停放24 h后，用硫化儀測試膠料的硫化特性，隨后用平板硫化機硫化，硫化膠試樣停放24 h后進行性能測試。

1.5 性能測試

動態力學性能測試采用RPA2000橡膠加工分析儀進行應變掃描，混煉膠應變掃描條件為：溫度 100 ℃，頻率 1 Hz，應變范圍0.28%～400%；硫化膠應變掃描條件為：溫度 80℃，頻率 1 Hz，應變范圍 0.28%～50.0%。

膠料生熱性能測試按GB／T 1687.3—2016《硫化橡膠 在屈撓試驗中溫升和耐疲勞性能的測定第3部分：壓縮屈撓試驗（恒應變型）》進行。膠料滯后損失和抗切割性能按照企業標準進行測試。

膠料其他性能均按相應國家標準或企業標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

膠料的硫化特性如表2所示，tanδ為損耗因子。

表2 膠料的硫化特性（151 °C）

從表2可以看出：與1#配方膠料相比，直接添加增效劑CST812的2#配方膠料的Fmax－FL略有增大，硫化速度變快，Fmax時的tanδ有較明顯的減小；降低炭黑用量且補充同樣份數的白炭黑的3#配方膠料的Fmax－FL降低，且Fmax時的tanδ減小；隨著增效劑CST812用量的增大，膠料的Fmax－FL明顯增大，Fmax時的tanδ有一定程度的下降，可以預測膠料的生熱逐漸降低。

2.2 物理性能

硫化膠的物理性能如表3所示。

從表3可以看出：與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠的邵爾A型硬度和定伸應力增大；與2#配方硫化膠相比，3#配方硫化膠的邵爾A型硬度和定伸應力降低；增大增效劑CST812用量后，硫化膠的邵爾A型硬度和定伸應力基本相當或略有提高；4#配方硫化膠的耐磨性能最好。老化后硫化膠的定伸應力增大，拉伸強度降低；與3#配方硫化膠相比，4#和5#配方硫化膠老化后的拉伸強度明顯提高。綜合來看，添加0.8份增效劑CST812的4#配方硫化膠的綜合物理性能最好。

表3 硫化膠的物理性能

2.3 抗壓縮疲勞性能、滯后損失和抗切割性能

硫化膠的抗壓縮疲勞性能、滯后損失和抗切割性能如表4所示。

表4 硫化膠的抗壓縮疲勞性能、滯后損失和抗切割性能

從表4可以看出：與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠的壓縮疲勞溫升、功率損耗等均降低，但抗切割性能也變差；3#配方硫化膠的壓縮疲勞溫升、功率損耗也有所降低，3#配方硫化膠的抗切割性能略優于2#配方硫化膠；隨著增效劑CST812用量的增大，膠料的功率損耗逐漸降低，但抗切割性能也變差。綜合來看，添加0.8份增效劑CST812的4#配方硫化膠的抗壓縮疲勞性能、滯后損失和抗切割性能最好。

2.4 RPA分析

混煉膠RPA應變掃描的儲能模量（G′）-應變（ε）關系曲線如圖1所示。

圖1 混煉膠應變掃描的G′-ε關系曲線

從圖1可以看出：隨著ε增大，混煉膠的G′迅速降低，表現出明顯的Payne效應；與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠最小ε下的G′與最大ε下的G′的差值（ΔG′）有所下降；3#配方硫化膠的ΔG′較高，隨著增效劑CST812用量的增大，膠料的ΔG′逐漸下降，表征填料的分散性逐漸變好，即增效劑CST812可以提高填料在橡膠基體中的分散性。

硫化膠RPA應變掃描的tanδ-ε關系曲線如圖2所示。

圖2 硫化膠應變掃描的tanδ-ε關系曲線

從圖2可以看出：與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠的tanδ有所減小；3#配方硫化膠的tanδ小于2#配方硫化膠；隨著增效劑CST812用量的增大，膠料的tanδ逐漸減小，說明增效劑CST812可以降低填料Payne效應和膠料的滯后損失。

3 結語

（1）在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中直接加入增效劑CST812后，膠料的定伸應力提高，生熱和滯后損失有一定程度的降低。

（2）用白炭黑等量替代部分炭黑，增大增效劑CST812的用量后，填料的分散性改善，膠料的邵爾A型硬度和定伸應力基本相當或略有提高，生熱、滯后損失和tanδ明顯降低，膠料的耐磨性能有一定程度的提高，但抗切割性能降低。當增效劑CST812用量為0.8份時，膠料的綜合性能最好。