高結合苯乙烯含量丁苯橡膠1586在礦用全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應用

李培生，孫保泉，陳建軍，薛彬彬

[1.山東華盛橡膠有限公司，山東 東營 257300；2.啟潤輪胎（德州）有限公司，山東 德州 253699]

隨著全球采礦業新一輪崛起，作為礦山機械最大消耗品之一，礦用全鋼載重子午線輪胎（以下簡稱礦用TBR）市場需求非常強勁[1-3]。由于礦山路況、溫度、車輛負載等因素嚴重影響輪胎的壽命與使用狀況，從而影響車輛的行駛安全與駕駛成本[4-6]，因此，礦用TBR需具有高耐磨性能、強載重能力、抗撕裂和長使用壽命的特點。

高結合苯乙烯含量丁苯橡膠（SBR）1586是中國石油蘭州石化公司通過結構調整和性能提升開發的抗切割、抗刺扎礦用TBR專用乳聚SBR。與SBR1502相比，SBR1586制備的輪胎具有良好的耐磨和抗撕裂性能，使用壽命延長。

本工作研究SBR1586在礦用TBR胎面膠中的應用，并與SBR1502對比，為高性能礦用輪胎的研發提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

SBR1586，中國石油蘭州石化公司合成橡膠廠產品；SBR1502，中國石化齊魯石化分公司產品；天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；炭黑N115和N220，卡博特化工有限公司產品；白炭黑975MP，山東聯科新材料股份有限公司產品；氧化鋅，濰坊奧龍鋅業有限公司產品；硬脂酸，南通凱塔有限公司產品；防老劑4020和RD，山東尚舜化工有限公司產品；環保塑解劑GE2258，萊茵化學（青島）有限公司產品；抗撕裂劑CSR300，上海麒祥新材料科技有限公司產品。

1.2 配方

礦用TBR胎面膠配方如表1所示。1#和3#配方為采用SBR1502的生產配方，2#和4#配方為采用SBR1586的試驗配方。

表1 礦用TBR胎面膠配方 份

1.3 主要設備和儀器

GK400型和GK255型密煉機，益陽橡膠塑料機械集團有限公司產品；MV2000型門尼粘度儀、MDR2000型無轉子硫化儀、RPA2000橡膠加工分析（RPA）儀，美國阿爾法科技有限公司產品；XL-800×800×2型平板硫化機，青島光越橡膠機械制造有限公司產品；GT-TCS-2000型電子拉力機、GT-RH-2000型壓縮生熱試驗機和GT-7012-D型DIN磨耗試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；TD-6009型阿克隆磨耗試驗機，江都市騰達試驗儀器廠產品；TD-401A型熱老化試驗機，江都市騰達試驗儀器廠產品；動態熱機械分析（DMA）儀，法國Metravib公司產品；GT-7005-RO3型耐臭氧試驗機，青島高特威爾檢測儀器有限公司產品；LC-20A型高效液相色譜儀，日本島津公司產品。

1.4 試樣制備

膠料分4段混煉，前3段混煉在GK400型密煉機中進行，終煉在GK255型密煉機中進行。各段混煉膠停放時間不少于4 h。

一段混煉工藝為：初始轉子轉速為50 r·min-1，生膠和小料→壓壓砣35 s→轉子轉速降為45 r·min-1→炭黑→壓壓砣40 s→提壓砣→壓壓砣30 s→排膠。二段混煉工藝為：初始轉子轉速為40 r·min-1，一段混煉膠和白炭黑→壓壓砣→轉子轉速降為35 r·min-1→提壓砣35 s→排膠。三段混煉工藝為：初始轉子轉速為45 r·min-1，二段混煉膠→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣25 s→提壓砣→壓壓砣25 s→排膠。終煉混煉工藝為：初始轉子轉速為30 r·min-1，三段混煉膠、硫黃和促進劑→壓壓砣35 s→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣35 s→排膠。

終煉膠在平板硫化機上硫化，硫化條件為151℃×30 min，膠料停放12 h以上再進行性能測試。

1.5 性能測試

膠料的動態力學性能按照企業標準用RPA應變掃描（溫度為60 ℃，頻率為10 Hz）測試。

膠料其他性能測試均按照相應國家標準或行業標準進行。

2 結果與討論

2.1 理化性能

SBR1586的理化性能如表2所示。

表2 SBR1586的理化性能

從表2可以看出，SBR1586的理化性能符合企業標準要求，其結合苯乙烯質量分數明顯大于SBR1502（23.5%），與NR的相容性更好。

2.2 硫化特性

混煉膠的硫化特性及炭黑分散等級見表3。

表3 混煉膠的硫化特性及炭黑分散等級

從表3可以看出，與1#和3#配方膠料分別相比，2#和4#配方膠料的門尼粘度降低、門尼焦燒時間基本相當或延長，硫化特性無明顯差異，炭黑分散等級提高。這表明與SBR1502相比，SBR1586的加工性能和加工安全性更好，與炭黑之間的結合膠更多，炭黑在混煉膠中的分散性更好。

2.3 物理性能

硫化膠的物理性能如表4所示。

表4 硫化膠的物理性能

從表4可以看出，與1#和3#配方膠料分別相比，2#和4#配方膠料的撕裂強度和回彈值提高，壓縮疲勞溫升和壓縮永久變形降低，耐磨性能、耐熱老化性能和耐臭氧老化性能提高。

2.4 滯后損失

一般而言，0 ℃時的損耗因子（tanδ）表征膠料的抗濕滑性能，數值越大，抗濕滑性能越好；20℃時的tanδ表征膠料的干地抓著性能，數值越大，干地抓著性能越好；60 ℃時的tanδ表征膠料的滾動阻力，數值越小，滾動阻力越低。

用DMA儀測試的礦用TBR胎面膠硫化膠的tanδ-溫度曲線如圖1所示。

圖1 硫化膠的tanδ-溫度曲線

從圖1可知，與1#和3#配方膠料分別相比，2#和4#配方膠料0，20和60 ℃時的tanδ明顯較大。可以看出，與SBR1502膠料相比，SBR1586膠料的抗濕滑性能和干地抓著性能明顯提高，滾動阻力略大，但可接受。

2.5 動態力學性能

用RPA儀對硫化膠進行應變掃描，分別測試tanδ、彈性模量（G′）和粘性模量（G″）與應變的關系，結果見圖2。

圖2 硫化膠的RPA應變掃描曲線

由圖2可知，2#和4#配方膠料的tanδ，G′和G″均分別高于1#和3#配方膠料，說明采用SBR1586的硫化膠彈性應變能的轉變更加困難，有利于提高膠料的抗切割和抗刺扎性能。分析認為，SBR1586的結合苯乙烯質量分數大，其苯環分子內單鍵不易旋轉，膠料剛性提高，鍵難以斷裂，有利于提高抗切割性能。

3 結論

（1）SBR1586的結合苯乙烯質量分數明顯大于SBR1502，與NR的相容性更好。

（2）在礦用TBR胎面膠中用SBR1586等量替代SBR1502，混煉膠的門尼粘度降低，焦燒時間相當或延長，硫化特性無明顯差異，炭黑分散等級提高，加工性能和加工安全性改善，硫化膠的回彈值、撕裂強度、耐磨、抗切割、抗刺扎、耐熱老化和耐臭氧老化性能提高，壓縮疲勞溫升降低，抗濕滑性能和干地抓著性能提高，滾動阻力略大，但在可接受范圍內。