不同結構順丁橡膠在載重子午線輪胎胎側膠中的應用

任夫云，張世鑫，孫寶余，張玉芬

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

隨著輪胎行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對輪胎性能的要求越來越高。子午線輪胎的胎側膠相對較薄，動態(tài)變形大，膠料在動態(tài)變形及臭氧等作用下容易發(fā)生屈撓龜裂[1]，因此要求胎側膠具有良好的耐屈撓性能。載重子午線輪胎的胎體一般是由一層鋼絲簾布組成，胎體比較柔軟，同時胎側較薄，如果胎側出現(xiàn)裂口，水分、氧氣等會滲入胎體，引起鋼絲簾線生銹，導致輪胎性能失效，因此胎側膠要具有良好的抗撕裂性能、優(yōu)異的耐老化性能、低滯后損失以及良好的半成品粘性[2]。

胎側膠一般采用天然橡膠（NR）/順丁橡膠（BR）并用體系，BR具有彈性高、生熱低、耐低溫和耐屈撓等優(yōu)異性能，可提高胎側膠的耐屈撓龜裂性能，同時并用BR能有效改善胎側順向裂口的問題。不同結構的BR對胎側膠性能的影響不同：高順式含量BR，如釹系BR，能提高胎側膠的彈性，降低生熱；低順式含量BR，如鋰系BR，能改善胎側膠的混煉、擠出工藝性能等。但BR的撕裂強度低，因此通常與NR并用，以提高膠料的拉伸性能及抗撕裂性能[3-4]。

本工作主要研究3種不同結構BR在載重子午線輪胎胎側膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；BR，牌號9000，中國石化齊魯石油化工公司產(chǎn)品；釹系BR，牌號Nd22EZ，德國朗盛化學公司產(chǎn)品；鋰系BR，牌號BR-A，1，4-順式結構，質量分數(shù)為0.43，韓國A公司產(chǎn)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

1.5 L密煉機，德國克虜伯公司產(chǎn)品；XK-160型開煉機，上海雙翼橡塑機械股份有限公司產(chǎn)品；YH33-50型平板硫化機，萍鄉(xiāng)九州精密壓機有限公司產(chǎn)品；GT-7080S2型門尼粘度儀和DM-3000A型無轉子硫化儀，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；動態(tài)力學分析（DMA）儀，美國TA公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝，均在1.5 L密煉機中進行。一段混煉初始轉子轉速為100 r·min-1，混煉工藝為：生膠、小料→壓壓砣（40 s）→3/4炭黑→壓壓砣（60 s）→剩余炭黑和油→調整轉子轉速為80 r·min-1，壓壓砣（3 min）→排膠；二段混煉轉子轉速為50 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠、硫黃、促進劑→壓壓砣（3.5 min）→排膠；終煉膠在開煉機上薄通6次，下片。

膠料在平板硫化機上硫化，1#和2#配方膠料的硫化條件為160 ℃×11 min，3#和4#配方膠料的硫化條件為160 ℃×13 min。

1.5 性能測試

各項性能均按照相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

3種BR膠料的硫化特性如表2所示。

表2 3種BR膠料的硫化特性

從表2可以看出：在4種配方膠料中，2#配方膠料的門尼粘度最大，即Nd22EZ與炭黑的反應最劇烈，膠料的加工性能最差；與1#配方膠料相比，3#和4#配方膠料的門尼粘度增大；對比3#和4#配方膠料，BR-A用量增大，膠料的門尼粘度增大，這是因為BR-A分子鏈經(jīng)過化學改性，改善了其與填料之間的相互作用；4種配方膠料的門尼焦燒時間相當，均具有良好的焦燒安全性。

在4種配方膠料中，2#配方膠料的交聯(lián)密度最大，說明Nd22EZ與填料的相互作用最大，其次是3#配方膠料，即含BR-A配方膠料，兩種BR均經(jīng)過化學改性，改善了橡膠與填料之間的相互作用。對比3#與4#配方膠料，BR-A用量增大，膠料的交聯(lián)密度增大，橡膠與填料之間的相互作用增強。在4種配方膠料中，3#配方膠料的t25和t90最長，硫化速度最慢。與BR9000膠料相比，隨著BR-A用量的增大，膠料的硫化速度逐漸減小，這主要是由于BR-A中的順式結構含量較低所致。

2.2 物理性能

3種BR硫化膠的物理性能如表3所示，其中M300/M100表示300%定伸應力/100%定伸應力之比。

表3 3種BR硫化膠的物理性能

從表3可以看出：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的300%定伸應力增大28%，同時M300/M100達到4.3，說明Nd22EZ與填料的相互作用明顯大于BR9000與填料的相互作用，且在3種BR中Nd22EZ與填料的相互作用最大。2#配方膠料的拉伸強度和撕裂強度在4種配方膠料中均最大，這主要是由于Nd22EZ是釹系高順式1，4-BR，分子結構中有大量長支鏈且分子鏈經(jīng)過化學改性，分子結構中順式含量高，在外力作用下容易產(chǎn)生應力誘導結晶，同時分子鏈柔順性高，膠料的回彈值大、生熱低。

與1#配方膠料相比，3#配方膠料的M300/M100略大，說明BR-A膠料中填料的分散性略優(yōu)于BR9000膠料，但是3#配方膠料的拉伸強度和撕裂強度在4種配方膠料中均最小，這是由于BR-A為低順式含量BR，應力誘導結晶效應差，自補強效果較差。BR-A分子鏈經(jīng)過化學改性，填料分散性較好，因此即使BR-A中順式含量較低，硫化膠的高溫回彈值也只略低于含Nd22EZ的膠料。

與3#配方膠料相比，4#配方膠料的拉伸強度和撕裂強度增大，回彈值減小，這是由于BR-A分子鏈經(jīng)過改性，改善了填料的分散效果。

2.3 耐熱氧老化性能

3種BR硫化膠熱氧老化后性能見表4。

表4 3種BR硫化膠熱氧老化后性能

從表4可以看出，由于70 ℃×96 h的老化條件相對溫和，4種膠料的拉伸性能保持率均不小于90%，耐老化性能均較好，其中3#配方膠料的耐老化性能最佳，這是由于鋰系BR相比其他BR在生產(chǎn)過程中含有較少的過渡金屬離子，因此BR-A膠料的拉伸性能保持率較大，耐老化性能較好。

2.4 動態(tài)力學性能

采用DMA儀對硫化膠進行應變掃描，測試條件為：靜態(tài)應變 10%，動態(tài)應變范圍0.1%～5.0%，頻率 10 Hz。3種BR硫化膠的動態(tài)力學性能如表5所示，其中tanδ為損耗因子，E′為儲能模量。

表5 3種BR硫化膠的動態(tài)力學性能

從表5可以看出，在4種配方膠料中，2#配方膠料的tanδ最小，即Nd22EZ膠料的生熱最低。當應變?yōu)?.0%時，與1#配方膠料相比，2#配方膠料的tanδ減小18.4%；3#配方膠料的tanδ比2#配方膠料增大約3%，說明BR-A膠料的生熱略高于Nd22EZ膠料，1#配方膠料的tanδ最大，生熱最高；4#配方膠料的生熱性能介于1#與3#配方膠料之間。

3 結論

在載重子午線輪胎胎側膠中，加入Nd22EZ膠料的拉伸強度和撕裂強度最大，生熱最低，但加工性能較差，耐老化性能與BR9000膠料同水平；加入BR-A膠料的生熱略高于Nd22EZ膠料，其拉伸強度和撕裂強度與BR9000膠料同水平，加工性能介于Nd22EZ膠料與BR9000膠料之間，耐老化性能最佳；加入BR9000膠料的生熱最高，但加工性能最佳；BR9000/BR-A并用膠的拉伸強度、撕裂強度和生熱等性能介于BR9000膠料與BR-A膠料之間，耐老化性能優(yōu)于BR9000膠料。