高門尼粘度釹系順丁橡膠/溶聚丁苯橡膠/天然橡膠胎面膠的性能研究

趙天琪，周志峰，張志強

（1.北京橡膠工業(yè)研究設計院有限公司，北京 100143；2.中國石油天然氣股份有限公司錦州石化分公司，遼寧 錦州 121001）

隨著我國汽車保有量的增長和輪胎行業(yè)的快速發(fā)展，高性能輪胎的需求量不斷增長[1]。世界范圍內(nèi)環(huán)保法規(guī)的陸續(xù)出臺及輪胎標簽法的實施，對輪胎的滾動阻力、生熱、耐磨性能以及綜合性能提出了更加嚴苛的要求[2-4]。

釹系順丁橡膠（NdBR）分子鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整、線性好，相對分子質(zhì)量高及相對分子質(zhì)量分布可調(diào)，具有良好的耐磨性能、耐疲勞性能以及低生熱和低滾動阻力等[5]，符合高性能綠色輪胎對高速、安全、節(jié)能和環(huán)保方面的高要求，是開發(fā)高性能輪胎和節(jié)能輪胎的優(yōu)選膠種[6-8]，需求量也越來越大[9]。

近年，中國石油天然氣股份有限公司錦州石化分公司（以下簡稱錦州石化公司）開發(fā)出兩種高門尼粘度NdBR。前期，筆者已經(jīng)對兩種高門尼粘度NdBR的結(jié)構(gòu)和基本性能進行了研究[10]，并在此基礎上研究了高門尼粘度NdBR/溶聚丁苯橡膠（SSBR）胎面膠的性能[11]，但是NdBR在3種橡膠并用胎面膠中的應用研究還未見報道。

本工作基于半鋼子午線輪胎胎面膠配方，設計順丁橡膠（BR）/SSBR/天然橡膠（NR）三膠并用方案，研究錦州石化公司的兩種高門尼粘度NdBR在三膠并用胎面膠中的應用特點，并與鎳系BR（牌號BR9000）和NdBR（牌號CB22）進行對比。

1 實驗

1.1 主要原材料

NdBR-1#和NdBR-2#，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]分別為67和72，相對分子質(zhì)量分布指數(shù)分別為3.26和2.31，錦州石化公司產(chǎn)品；NdBR，牌號CB22，德國朗盛集團產(chǎn)品；鎳系BR，牌號BR9000，中國石化燕山石化分公司產(chǎn)品；SSBR，牌號SOL 6270SL，門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]為47，結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分數(shù)為25%，乙烯基質(zhì)量分數(shù)為63%，低多環(huán)芳烴油填充量為37.5份，韓國錦湖石油化學公司產(chǎn)品；NR，SCR5，云南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團有限公司產(chǎn)品；白炭黑，牌號Zeosil 1165MP，羅地亞白炭黑（青島）有限公司產(chǎn)品；偶聯(lián)劑Si69，德國贏創(chuàng)工業(yè)集團產(chǎn)品；炭黑N234，美國卡博特公司產(chǎn)品。

1.2 配方

試驗配方如表1所示。其中，1#—4#配方采用炭黑/白炭黑補強體系，5#—8#配方采用以白炭黑為主的補強體系（以下簡稱白炭黑體系）。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設備和儀器

XK-160型開煉機，上海橡膠機械廠產(chǎn)品；1.57 L本伯里密煉機，英國法雷爾公司產(chǎn)品；M200E型門尼粘度計和C2000E型硫化儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；Instron 3211型拉力試驗機，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；RSS-Ⅱ型橡膠滾動阻力試驗機和耐切割試驗機，北京萬匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；DMTA Ⅳ型動態(tài)熱力學分析儀，美國Rheometric Scientific公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料采用3段混煉工藝。

一段混煉在1.57 L本伯里密煉機中進行，密煉室初始溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，生膠塑煉0.5 min后，加入炭黑、白炭黑及偶聯(lián)劑，混煉均勻后再添加小料，混煉至155～165 ℃排膠。

二段混煉在1.57 L本伯里密煉機中進行，密煉室初始溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，加入一段混煉膠，混煉2 min，提壓砣清掃，壓壓砣，繼續(xù)混煉至150 ℃后排膠。

三段混煉在XK-160型開煉機上進行，加入二段混煉膠、硫黃和促進劑，薄通6次后下片，停放待用。

1.5 性能測試

（1）門尼粘度和門尼松弛性能：試驗溫度100 ℃，松弛時間 120 s。

（2）硫化特性：測試溫度 160 ℃，硫化時間60 min。

（3）滾動阻力：試驗速度 400 r·min-1，時間30 min，負荷 15，30 MPa。

（4）抗切割性能：轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速 725 r·min-1，打擊頻次 120次·min-1，試驗時間 15 min。

（5）動態(tài)力學性能：試驗頻率 10 Hz，靜應變1%，動應變 0.25%，升溫速率 3 ℃·min-1，溫度范圍 －100～100 ℃。

（6）其他性能均按照相應的國家標準或行業(yè)標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 混煉工藝性能

試驗結(jié)果表明，8個配方膠料在一段及二段混煉過程中的密煉機電流較接近，排膠溫度基本相同，排膠結(jié)團性均較好，在三段混煉過程中膠料在開煉機上均可包輥，壓出的膠片外觀差別不大，各配方膠料的混煉工藝性能大致相同。

2.2 門尼粘度和硫化特性

BR/SSBR/NR膠料的門尼粘度和硫化特性如表2所示。

表2 BR/SSBR/NR膠料的門尼粘度和硫化特性

從表2可以看出：3種高門尼粘度NdBR（NdBR-1#，NdBR-2#和CB22）膠料的門尼粘度相近且均高于BR9000膠料，門尼焦燒時間大致接近；采用NdBR-1#的2#和6#配方膠料的門尼粘度較高，t90較長；在1#—4#配方膠料中，2#配方膠料的FL最大；采用NdBR-2#的3#和7#配方膠料的t90較短，硫化速度較快。

2.3 物理性能

BR/SSBR/NR硫化膠的物理性能如表3所示。

表3 BR/SSBR/NR硫化膠的物理性能

從表3可以看出：采用CB22的8#配方膠料的定伸應力和拉伸強度較高，其他配方膠料的拉伸強度和拉斷伸長率差別不大；采用NdBR-2#的3#和7#配方膠料表現(xiàn)出較好的抗裂口增長性能和抗切割性能，NdBR-1#膠料次之，采用CB22的4#和8#配方膠料的抗裂口增長性能和抗切割性能略差；NdBR-2#膠料的回彈值和壓縮生熱性能不如CB22膠料。

2.4 耐老化性能

BR/SSBR/NR硫化膠的耐老化性能如表4所示，老化試驗溫度為100 ℃，老化時間分別為24和48 h。

表4 BR/SSBR/NR硫化膠的耐老化性能

從表4可以看出：不同補強體系、不同牌號BR的膠料表現(xiàn)出不同的耐老化性能；采用NdBR-2#的3#和7#配方膠料均具有較好的耐老化性能；采用白炭黑體系和NdBR-1#的6#配方膠料的耐老化性能較好；BR9000和CB22膠料的耐老化性能相對較差，老化后性能變化率較大。

2.5 滾動阻力

BR/SSBR/NR硫化膠的滾動阻力（功率損耗）性能如表5所示，滾動阻力指數(shù)越小，表示滾動阻力越低。

表5 BR/SSBR/NR硫化膠的滾動阻力性能

從表5可以看出：在炭黑/白炭黑補強體系膠料中，采用CB22的4#配方膠料的滾動阻力最低，采用NdBR-1#和NdBR-2#的2#和3#配方膠料的滾動阻力接近，介于4#和1#配方膠料之間；在白炭黑體系膠料中，采用3種NdBR的6#，7#和8#配方膠料的滾動阻力十分接近，與采用BR9000的5#配方膠料差別也不大，這表明NdBR對降低白炭黑膠料的滾動阻力的效果比較小。因此，從降低滾動阻力性能的角度出發(fā)，NdBR應優(yōu)選用于炭黑用量比例較高的胎面膠配方。

2.6 動態(tài)力學性能

0 ℃時的損耗因子（tanδ）可表征膠料的抗?jié)窕阅埽?0 ℃時的tanδ可表征膠料的滾動阻力性能。0 ℃時的tanδ越大，表示抗?jié)窕阅茉胶茫?0℃時的tanδ越小，表示滾動阻力越低。BR/SSBR/NR硫化膠的動態(tài)力學性能如表6所示。

表6 BR/SSBR/NR硫化膠的動態(tài)力學性能

從表6可以看出，在炭黑/白炭黑補強體系膠料中，采用3種NdBR的2#，3#和4#配方膠料60 ℃時的tanδ即滾動阻力十分接近，較采用BR9000的1#配方膠料減小12%～13%；在白炭黑體系膠料中，采用3種NdBR的6#，7#和8#配方膠料60 ℃時的tanδ仍較采用BR9000的5#配方膠料減小，但降幅減小至2%～6%。這說明在白炭黑膠料中添加NdBR對降低滾動阻力作用不明顯，這與滾動阻力性能測試結(jié)果一致。

從表6還可以看出，除采用NdBR-2#和白炭黑體系的7#配方膠料0 ℃時的tanδ較小外，其他膠料0℃時的tanδ差異不大，即抗?jié)窕阅芟嘟?/p>

3 結(jié)論

對錦州石化公司的兩種高門尼粘度NdBR/SSBR/NR胎面膠的性能研究可以得出以下結(jié)論。

（1）在BR/SSBR/NR三膠并用時，與NdBR-1#膠料相比，NdBR-2#膠料的門尼粘度較低，硫化速度較快，具有較好的抗裂口增長性能、抗切割性能和耐老化性能，其他物理性能、滾動阻力及動態(tài)力學性能相當，綜合性能優(yōu)于NdBR-1#膠料。

（2）與CB22膠料相比，NdBR-2#膠料的回彈值和壓縮生熱性能略差，抗切割性能、抗裂口增長性能和耐老化性能優(yōu)勢突出，滾動阻力接近，動態(tài)力學性能相當，應用優(yōu)勢較明顯。

（3）NdBR-2#更適合用于BR/SSBR/NR并用體系。

（4）從降低滾動阻力性能的角度出發(fā)，NdBR應優(yōu)選用于炭黑用量比例較高的胎面膠配方。