不同溶聚丁苯橡膠在全鋼子午線輪胎胎面膠中的應用

李 超，苗程成，叢明輝，董凌波，崔 曉

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

全鋼子午線輪胎由于耐磨性能要求高，傳統胎面膠配方的補強填料一般采用小粒徑炭黑，N1和N2系列炭黑的應用最多。由于國際社會對于輪胎行業節能環保的要求日益嚴苛[1-3]，推動了白炭黑在輪胎配方中的應用。在白炭黑胎面膠配方中使用丁苯橡膠能夠提高膠料的剛性、耐磨性能及抗濕滑性能，因此將白炭黑和溶聚丁苯橡膠（SSBR）用于全鋼子午線輪胎胎面膠可以獲得高抗濕滑性能和耐磨性能[4-5]，同時由于全鋼子午線輪胎胎面膠的主體材料采用天然橡膠（NR），目前僅部分使用SSBR，這使得SSBR的結構與配方性能之間的關系與半鋼子午線輪胎配方體系有所不同，因此開發此類全鋼子午線輪胎配方具有一定價值。本工作研究4種相對分子質量和玻璃化溫度（Tg）相近的SSBR在含白炭黑全鋼子午線輪胎胎面膠中的應用，為此類配方的SSBR選擇提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰國產品。SSBR，牌號2466，臺橡股份有限公司產品；牌號F2743和F2150A，LG化學有限公司產品；牌號HPR850，日本JSR株式會社產品。炭黑N220，山東聯科新材料有限公司產品。白炭黑，牌號1165MP，索爾維精細化工添加劑（青島）有限公司產品。固體硅膠偶聯劑，含50%偶聯劑Si69和50%炭黑N330，威海市和諧硅業有限公司產品。均勻劑FC-09，威海市寶源橡塑制品有限公司產品。

1.2 試驗配方

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

XK-160型開煉機，沈陽橡膠機械有限公司產品；嚙合型轉子密煉機，德國HF公司產品；MV2000S型門尼粘度儀、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；XLB-Q型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產品；TH200型硬度計，上海倫捷機電儀表有限公司產品；T2000型電子拉力機和GT-7012D型DIN磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；Roell 5019型回彈儀，德國Zwick公司產品；動態熱機械分析（DMA）儀，德國高寶公司產品。

1.4 混煉工藝

膠料采用2段混煉工藝，均在密煉機中進行。一段混煉工藝為：轉子轉速為100 r·min-1，加入生膠、增塑劑、防老劑、防護蠟→混煉20 s→提壓砣→加入炭黑、白炭黑、固體硅膠偶聯劑→壓壓砣60 s→提壓砣→壓壓砣混煉至290 s，排膠（150 ℃），停放4 h以上。二段混煉工藝為：轉子轉速為60 r·min-1，加入一段混煉膠、促進劑和硫黃，混煉60 s提壓砣→壓壓砣混煉至150 s，排膠（100 ℃）。終煉膠在開煉機上下片。

1.5 性能測試

（1）分散性。采用RPA儀測試，測試條件為：溫度 60 ℃，頻率 1.66 Hz，應變范圍0.7%～100%。

（2）動態力學性能。采用DMA儀測試，拉伸模式，溫度掃描測試條件為：靜態應變 1%，動態應變 0.25%，頻率 10 Hz，溫度范圍 －60～80℃，升溫速率 2 ℃·min-1。

（3）膠料其他性能均按照相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

4種SSBR的理化分析結果如表2所示，Mw為重均相對分子質量，Mn為數均相對分子質量。

表2 SSBR的理化分析結果

因在全鋼子午線輪胎配方中進行應用研究，選取的SSBR應不充油或充極少量油，本工作選取4種相對分子質量和Tg相近的SSBR。為了獲得兼顧低生熱及高抗濕滑性能的胎面膠配方，SSBR的Tg指標為（－25±5） ℃。

2.2 硫化特性

不同SSBR膠料的硫化特性如表3所示。

表3 不同SSBR膠料的硫化特性

從表3可以看出：4種SSBR膠料的門尼粘度相當；1#配方膠料的t5和t90最短，2#—4#配方膠料處于同等水平；與4#配方膠料相比，5#配方膠料的t90延長，這是由于均勻劑小分子的阻礙，降低了硫化交聯的速度，同時也減小了膠料的交聯密度。

2.3 物理性能

不同SSBR硫化膠的物理性能如表4所示。

表4 不同SSBR硫化膠的物理性能

從表4可以看出：除2#配方硫化膠的定伸應力和拉伸強度略低外，其他配方硫化膠基本處于同等水平；3#配方硫化膠的常溫回彈值最大，這與其Tg最低、分子柔順性最好有關；與4#配方硫化膠相比，5#配方硫化膠的拉伸強度基本相當，但是回彈值減小，耐磨性能下降，這與5#配方膠料的交聯密度減小有關。

2.4 分散性

不同SSBR混煉膠的儲能模量（G′）-應變關系曲線如圖1所示。

從圖1可以看出：4種SSBR膠料的填料分散性整體差異不大；其中1#和2#配方膠料的填料分散性略優；添加均勻劑對填料分散性影響不大。

2.5 動態力學性能

不同SSBR硫化膠的損耗因子（tanδ）-溫度關系曲線如圖2所示。

圖2 不同SSBR硫化膠的tan δ-溫度關系曲線

從圖2可以看出，1#配方硫化膠呈現一個Tg峰，表明2466與NR的相容性最好，2#—5#配方硫化膠的tanδ-溫度曲線均有加寬并逐漸呈現兩個Tg峰，表明F2743，F2150A和HPR850與NR的相容性相對較差。分析認為，2466與NR的相容性較好可能與其1，2-乙烯基質量分數較大有關，是NR的雙鍵與SSBR的乙烯基基團作用的結果，導致其極性更相似，具有更好的相容性[6-9]。同時，Tg單峰也使1#配方硫化膠具有最低的滯后生熱。與4#配方硫化膠相比，5#配方硫化膠的Tg雙峰加寬，同時tanδ-溫度曲線由明顯的雙峰狀轉為肩峰狀，表明添加均勻劑可以改善HPR850與NR的相容性。從0 ℃時的tanδ可以看出，2#，4#和5#配方硫化膠的抗濕滑性能優于1#和3#配方硫化膠，這與F2743和HPR850具有更大的苯乙烯質量分數有關[10]。

3 結論

（1）2466，F2743，F2150A和HPR850膠料的門尼粘度相當，硫化特性基本處于同等水平。

（2）F2743硫化膠的定伸應力和拉伸強度略低；F2150A硫化膠的常溫回彈值最大；添加均勻劑的HPR850硫化膠的回彈值減小，耐磨性能下降。

（3）2466，F2743，F2150A和HPR850膠料的填料分散性相當，添加均勻劑對填料分散性影響不大。

（4）2466與NR的相容性最好，添加均勻劑可以改善SSBR與NR的相容性；2466硫化膠的生熱最低，F2743和HPR850硫化膠的抗濕滑性能更優，但生熱明顯增加。