功能性樹脂在輪胎胎面膠中的應(yīng)用研究

吳忠成，李紅衛(wèi)，劉華僑，顧培霜，朱家順

（青島特拓輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266100）

歐盟輪胎標簽法按照輪胎噪聲、滾動阻力和抗?jié)窕阅軐⑤喬澐譃椴煌燃?。生產(chǎn)滾動阻力低和抗?jié)窕阅芎玫妮喬コ蔀檩喬テ髽I(yè)的目標，因此功能性樹脂應(yīng)運而生。

在輪胎胎面膠中添加功能性樹脂的主要目的是調(diào)整膠料的玻璃化溫度（Tg），在不影響輪胎滾動阻力的同時提高輪胎抗?jié)窕阅堋?/p>

C5樹脂、TL100樹脂和HB103樹脂是不同類型的功能性樹脂。C5樹脂是石油裂解副產(chǎn)物C5餾分經(jīng)前處理、分離、聚合、蒸餾等工藝生產(chǎn)的一種熱塑性樹脂。TL100樹脂是改性雙環(huán)戊二烯樹脂，它是在C9樹脂的基礎(chǔ)上除去小相對分子質(zhì)量物質(zhì)而制得的。HB103樹脂是一種氫化芳香族改性脂環(huán)烴類樹脂。

本工作對3種不同類型的功能性樹脂（C5樹脂、TL100樹脂和HB103樹脂）對輪胎胎面膠性能的影響進行研究。

1 實驗

1.1 主要原材料

溶聚丁苯橡膠（SSBR），SSBR-1（不填充油，苯乙烯質(zhì)量分數(shù)為0.21，乙烯基質(zhì)量分數(shù)為0.63），日本瑞翁公司產(chǎn)品；SSBR-2（填充37.5份油，苯乙烯質(zhì)量分數(shù)為0.25，乙烯基質(zhì)量分數(shù)為0.50），韓國LG化學公司產(chǎn)品。天然橡膠（NR），STR20，泰國正大農(nóng)業(yè)集團公司產(chǎn)品。乳聚丁苯橡膠（ESBR），填充37.5份油，中國石化上海高橋分公司產(chǎn)品。炭黑N330，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品。白炭黑SIL1165MP和SIL1115MP，確成硅化學股份有限公司產(chǎn)品。C5樹脂，淄博正德裝飾材料有限公司產(chǎn)品。TL100樹脂，上海彤程化工有限公司產(chǎn)品。HB103樹脂，日本東燃公司產(chǎn)品。操作油V500，寧波漢圣化工有限公司產(chǎn)品。微晶蠟Antilux111，萊茵化學（青島）有限公司產(chǎn)品。偶聯(lián)劑Si69，南京曙光化工有限公司產(chǎn)品。硬脂酸，益海精細化學工業(yè)有限公司產(chǎn)品。氧化鋅，濰坊龍達鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品。硫黃，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產(chǎn)品。促進劑CZ，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

低樹脂用量膠料配方和高樹脂用量膠料配方分別如表1和2所示。

表1 低樹脂用量膠料配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.7L型密煉機，青島科技大學混煉工程研究室產(chǎn)品；ZG-120型101.6 mm（4英寸）開煉機，青島科高橡塑機械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；QLB-D400×400×2型平板硫化機，上海第一橡膠機械廠有限公司產(chǎn)品；MM4130C型無轉(zhuǎn)子硫化儀和GT-7016-M1型切片機，高特威爾檢測儀器（青島）有限公司產(chǎn)品；UM-2050型門尼粘度計和UT-2060萬能拉力機，優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；動態(tài)熱機械分析（DMA）儀，德國GABO公司產(chǎn)品。

表2 高樹脂用量膠料配方 份

1.4 膠料混煉

膠料混煉分兩段進行。

一段混煉在密煉機中進行，密煉機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，混煉工藝為：生膠→除硫黃和促進劑CZ之外的所有配合劑→混煉（總時間為6.5 min）→排膠（155～160 ℃），在開煉機上下片后冷卻，停放0.5 h。

二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑CZ→左右割刀各5次（輥溫為40 ℃）→薄通3次→打卷8次→下片，停放。

1.5 性能測試

硫化膠動態(tài)力學性能測試采用拉伸模式，掃描溫度為－65～＋65 ℃，頻率為10 Hz，升溫速率為2 ℃·min-1，靜態(tài)應(yīng)變?yōu)?%或靜態(tài)應(yīng)力為70 N，動態(tài)應(yīng)變?yōu)?.25%或動態(tài)應(yīng)力為40 N。

膠料其他性能按相應(yīng)國家標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹脂的理化性能

3種樹脂的理化性能如下。

C5樹脂：平均相對分子質(zhì)量 1 000～1 700，軟化點（環(huán)球法） 95～105 ℃，閃點 245 ℃，酸值 0.4 mg（KOH）·g-1。

TL100樹脂：軟化點（環(huán)球法） 95～105 ℃，酸值 ≤0.5 mg（KOH）·g-1。

HB103樹脂：軟化點（環(huán)球法） 100～106 ℃，重均相對分子質(zhì)量 720，數(shù)均相對分子質(zhì)量480。

2.2 樹脂品種及用量對膠料性能的影響

2.2.1 硫化特性

樹脂品種及用量對膠料門尼粘度和硫化特性的影響如表3所示。

從表3可以看出：3種樹脂在低用量（5份，下同）下對膠料門尼粘度的影響相近，與未添加樹脂的A0配方膠料相比，添加3種樹脂的A1—A3配方膠料的門尼粘度均稍有下降但相差不大；3種樹脂在高用量（26份，下同）下對膠料門尼粘度的影響差異較大，3種樹脂在高用量下對膠料增塑效果從大到小的順序為C5樹脂、TL100樹脂、BH103樹脂。可見C5樹脂用量增大后，其對膠料的增塑效果明顯增大。

從表3還可以看出：與未添加樹脂的A0配方膠料相比，添加3種樹脂的A1—A3配方膠料Fmax減小，3種樹脂膠料Fmax從大到小的順序為TL100樹脂、HB103樹脂、C5樹脂；在高用量下C5樹脂膠料與其他兩種樹脂膠料Fmax的差距明顯增大；3種樹脂膠料的硫化速度均不同程度減慢，在低用量下3種樹脂膠料的硫化速度從慢到快的順序為TL100樹脂、C5樹脂、HB103樹脂；在高用量下3種樹脂膠料的硫化速度從慢到快的順序為HB103樹脂和TL100樹脂、C5樹脂。

表3 3種樹脂用量對膠料硫化特性的影響

2.2.2 物理性能

樹脂品種及用量對硫化膠物理性能的影響如表4所示。

從表4可以看出：與未添加樹脂的A0配方膠料相比，添加3種樹脂的A1—A3配方膠料的硬度稍有降低；3種樹脂在低用量下HB103樹脂膠料的硬度較低，3種樹脂在高用量下C5樹脂膠料的硬度較低。3種樹脂膠料的回彈值均減小，3種樹脂在高用量下C5樹脂膠料和TL100樹脂膠料的回彈值明顯減小。3種樹脂膠料的定伸應(yīng)力、拉伸強度和拉斷伸長率差異較大，無論3種樹脂在低用量還是高用量下，C5樹脂膠料的拉伸強度較高，TL100樹脂膠料的拉伸強度較低；3種樹脂在低用量下，TL100樹脂膠料的300%定伸應(yīng)力較高，拉斷伸長率較小，但3種樹脂在高用量下，TL100樹脂膠料的300%定伸應(yīng)力較低，拉斷伸長率較大。出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因可能是不同樹脂在膠料中的用量存在不同極限值，樹脂用量過大時使用效果會明顯變差。

表4 3種樹脂用量對膠料物理性能的影響

2.2.3 動態(tài)力學性能

膠料0 ℃時的損耗因子（tanδ）表征膠料的抗?jié)窕阅?，其值越大，膠料的抗?jié)窕阅茉胶茫?0℃時的tanδ表征滾動阻力，其值越小，膠料的滾動阻力越低。

低樹脂用量硫化膠的tanδ-溫度曲線如圖1所示，高樹脂用量硫化膠的tanδ-溫度曲線如圖2所示，對應(yīng)的動態(tài)力學性能參數(shù)如表5所示。

圖2 高用量樹脂硫化膠的tan δ-溫度曲線

從圖1和表5可以看出：3種樹脂在低用量下，與未添加樹脂的A0配方膠料相比，添加3種樹脂的A1—A3配方膠料的tanδ-溫度曲線整體向右上方移動，Tg均升高，3種樹脂膠料的Tg差異不大；0和60℃時的tanδ均增大，這說明3種樹脂膠料的抗?jié)窕阅芴岣?，但膠料的滾動阻力也不同程度增大。具體分析，與A0配方膠料相比，添加C5樹脂的A1配方膠料的抗?jié)窕阅茈m有所提高，但60 ℃時的tanδ增大7%，滾動阻力升高。與A1配方膠料相比，添加TL100樹脂和HB103樹脂的A2配方和A3配方膠料0 ℃時的tanδ分別增大14.0%和5.7%，抗?jié)窕阅茌^好；60 ℃時的tanδ分別減小3.5%和4.2%，滾動阻力較低。添加TL100樹脂和HB103樹脂的A2和A3配方膠料的抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力符合輪胎胎面膠性能的設(shè)計目標。相對而言，當樹脂用量為5份時，TL100樹脂和HB103樹脂膠料的動態(tài)力學性能比C5樹脂膠料優(yōu)勢明顯，而且TL100樹脂膠料的動態(tài)力學性能優(yōu)于HB103樹脂膠料。

圖1 低用量樹脂硫化膠的tan δ-溫度曲線

表5 3種樹脂硫化膠的動態(tài)力學性能

從圖2和表5可以看出：3種樹脂在高用量下，3種樹脂膠料抗?jié)窕阅軓暮玫讲畹捻樞驗镠B103樹脂、C5樹脂、TL-100樹脂；滾動阻力從低到高的順序為HB103樹脂、C5樹脂、TL-100樹脂；HB103樹脂膠料的綜合性能最好。

綜上所述，從膠料動態(tài)力學性能考慮，TL100樹脂適用于低樹脂用量膠料配方，HB103樹脂適用于高樹脂用量膠料配方。

3 結(jié)論

3種功能性樹脂在輪胎胎面膠中的應(yīng)用研究得出以下結(jié)論。

（1）在膠料中添加C5樹脂、TL100樹脂和HB103樹脂，膠料的門尼粘度減小，硫化速度減慢。C5樹脂在低用量下對膠料的增塑效果不明顯，在高用量下使膠料的門尼粘度大幅降低。

（2）HB103樹脂在低用量下膠料的硬度較低，C5樹脂在高用量下膠料的硬度較低。3種樹脂膠料的回彈值均減小，C5樹脂和TL100樹脂在高用量下膠料的回彈值明顯減小。添加3種樹脂的膠料定伸應(yīng)力、拉伸強度和拉斷伸長率差異較大。

（3）添加3種樹脂的膠料Tg和抗?jié)窕阅芴岣撸瑵L動阻力也有不同程度升高。從膠料滾動阻力和抗?jié)窕阅艿钠胶庑詠砜?，TL100樹脂適用于低樹脂用量膠料配方，HB103樹脂適用于高樹脂用量膠料配方。