釹系順丁橡膠在缺氣保用輪胎支撐膠中的應(yīng)用

鄭 濤，潘 超，張 寧，龍飛飛，姜 杰，徐 巖

（山東豐源輪胎制造股份有限公司，山東 棗莊 277300）

釹系順丁橡膠（BR）是以稀土釹化合物為主要催化劑合成的高順式1，4-結(jié)構(gòu)含量的聚丁二烯。釹系BR具有規(guī)整的鏈結(jié)構(gòu)，平均相對分子質(zhì)量大，相對分子質(zhì)量分布可調(diào)，其在拉伸作用下表現(xiàn)出類似天然橡膠（NR）的誘導(dǎo)結(jié)晶性能，因而具有較高的生膠強(qiáng)度。釹系BR自粘性能好，加工性能優(yōu)異，在耐磨、耐疲勞、耐老化、耐生熱等方面優(yōu)于傳統(tǒng)的鎳系、鈦系和鈷系BR，有助于降低輪胎的滯后損失和內(nèi)生熱，同時(shí)改善輪胎內(nèi)部老化、龜裂等現(xiàn)象，從而提高輪胎的耐久性能和高速性能。釹系BR符合當(dāng)今社會(huì)對綠色輪胎節(jié)能、安全、耐用和環(huán)保等方面的需求[1-4]，是開發(fā)高性能輪胎、節(jié)能輪胎和安全輪胎的優(yōu)選膠種[5-6]。

隨著我國汽車保有量的飛速增長，輪胎行業(yè)高速發(fā)展。傳統(tǒng)輪胎一旦被扎破，會(huì)立即失壓，胎側(cè)塌陷，駕駛者會(huì)失去對車輛的操控能力，即便是在較低的行駛速度下也有可能發(fā)生交通事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，46%的高速公路交通事故是由輪胎故障引起的，而爆胎引起的事故占輪胎故障事故的70%左右。為提高輪胎的附加值，增大安全系數(shù)，缺氣保用輪胎應(yīng)運(yùn)而生。

目前，缺氣保用輪胎主要應(yīng)用于勞斯萊斯、奔馳、寶馬等豪華車型，隨著車輛的全民私有化以及國民對安全的重視，其市場前景廣闊[7]。

我公司開發(fā)的缺氣保用輪胎是在失壓情況下依靠胎側(cè)剛性或支撐結(jié)構(gòu)能夠繼續(xù)行駛一段時(shí)間的輪胎，其安全性和操縱性能較高，給車主出行安全帶來便利。本工作主要研究釹系BR在缺氣保用輪胎支撐膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，TSR20，馬來西亞產(chǎn)品；釹系BR，牌號(hào)CB24，朗盛化學(xué)（中國）有限公司產(chǎn)品；炭黑N550，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；工藝油V700，上海麒祥化工科技有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，安丘市恒山鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，青島旭謙進(jìn)出口有限公司提供；防焦劑CTP和抗硫化返原劑PK900，山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑TiBTD、促進(jìn)劑TBBS、防老劑4020和防老劑RD，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品；不溶性硫黃HSOT-20母膠（NR/不溶性硫黃HSOT-20質(zhì)量比為70/30），自制。

1.2 試驗(yàn)配方

原配方：NR 97，炭黑N550 70，工藝油V700 2，氧化鋅 4，硬脂酸 1，防焦劑CTP/抗硫化返原劑PK900 2.2，防老劑4020/防老劑RD/促進(jìn)劑TBBS 5.3，不溶性硫黃HSOT-20母膠4.29。

試驗(yàn)配方：NR 67，釹系BR 30，防老劑4020/防老劑RD/促進(jìn)劑TBBS/促進(jìn)劑TiBTD 7，防焦劑CTP/抗硫化返原劑PK900 2.3，配方其他組分及用量同原配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

X（S）M-1.5X型密煉機(jī)、XK-160型開煉機(jī)和XLB-400-400型四立柱平板硫化機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械技術(shù)裝備有限公司產(chǎn)品；XM-270型密煉機(jī)和XKR-660型開煉機(jī)，軟控股份有限公司產(chǎn)品；MV3000型門尼粘度儀，德國Montech公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；3365型電子拉力機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；Z3130型硬度計(jì)，德國Zwick公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料采用2段混煉工藝，一段混煉在X（S）M-1.5X型密煉機(jī)（填充因數(shù)為0.7）中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為65 r·min-1，混煉工藝為：加入NR，混煉30 s→加入硬脂酸等小料，混煉15 s→加入炭黑，混煉至105 ℃→加入工藝油V700，混煉至125℃→清掃→排膠（135 ℃），使用XK-160型開煉機(jī)下片，停放6 h后備用。二段混煉在XK-160型開煉機(jī)上進(jìn)行，輥溫為（50±5）℃，混煉工藝為：根據(jù)膠量調(diào)整輥距，加入一段混煉膠，通過打卷、打三角包方式搗膠至膠料均勻包輥，加入不溶性硫黃HSOT-20母膠、促進(jìn)劑和氧化鋅等，左右3/4割膠各3次，調(diào)整輥距薄通10次，下片、待用。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料采用SSM低溫一步法煉膠工藝，NR與硬脂酸、不溶性硫黃HSOT-20母膠、促進(jìn)劑和氧化鋅等小料在XM-270型密煉機(jī)中初步混煉均勻后，排放到XKR-660型開煉機(jī)上，壓制成片后分流給4組全自動(dòng)混煉開煉機(jī)，膠料在每組混煉開煉機(jī)上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)混煉，全過程為補(bǔ)充混煉、冷卻和收取[8-14]。

1.5 性能測試

膠料性能和成品輪胎性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗(yàn)

2.1.1 硫化特性

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性見表1。

從表1可以看出：與原配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度降低，門尼焦燒時(shí)間延長，膠料的加工性能和加工安全性提高；FL和Fmax均減小，t10和t50延長。

表1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

2.1.2 物理性能

小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能見表2。

從表2可以看出：與原配方硫化膠相比，試驗(yàn)配方硫化膠的硬度降低，拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和回彈值提高，壓縮疲勞溫升大幅降低，釹系BR的低生熱性能得到體現(xiàn)，有利于提高缺氣保用輪胎的低氣壓性能。

表2 小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

2.2 大配合試驗(yàn)

2.2.1 硫化特性

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性見表3。

從表3可以看出，大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

表3 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

2.2.2 物理性能

大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能見表4。

表4 大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

從表4可以看出，與原配方硫化膠相比，試驗(yàn)配方硫化膠的硬度降低，拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和回彈值提高，壓縮疲勞溫升大幅降低，大配合試驗(yàn)結(jié)果與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

2.3 成品性能

采用試驗(yàn)配方試制成品缺氣保用輪胎，并以225/45R18 95W FRD866缺氣保用輪胎為例進(jìn)行成品性能對比試驗(yàn)。

2.3.1 強(qiáng)度性能

輪胎強(qiáng)度性能按GB/T 4502—2009《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試。結(jié)果表明：試驗(yàn)輪胎第1—4點(diǎn)破壞能均超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（588 J），第5點(diǎn)破壞能為690 J（未壓穿），為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的117%；原生產(chǎn)輪胎第1—4點(diǎn)破壞能均超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值（588 J），第5點(diǎn)破壞能為606 J（未壓穿），為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值的103%。試驗(yàn)輪胎強(qiáng)度性能良好，優(yōu)于原生產(chǎn)輪胎。

2.3.2 耐久性能

輪胎耐久性能按GB/T 4502—2009進(jìn)行測試，試驗(yàn)條件及結(jié)果如表5所示。

表5 成品輪胎耐久性試驗(yàn)條件及結(jié)果

從表5可以看出：試驗(yàn)輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為46.4 h，通過第7階段，已滿足研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求；試驗(yàn)輪胎的耐久性能優(yōu)于原生產(chǎn)輪胎。

2.3.3 高速性能

輪胎高速性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB GP 04—2017《轎車子午線輪胎高速性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試，試驗(yàn)條件及結(jié)果如表6所示。

從表6可以得出：試驗(yàn)輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為1.48 h，通過第7階段，已滿足研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，超過國家標(biāo)準(zhǔn)要求；試驗(yàn)輪胎的高速性能優(yōu)于原生產(chǎn)輪胎。

表6 成品輪胎高速性能試驗(yàn)條件及結(jié)果

2.3.4 零氣壓性能

輪胎零氣壓性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/B NP03—2017《自體支撐型缺氣保用輪胎耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試，試驗(yàn)輪胎充氣壓力為零，負(fù)荷率為65%，試驗(yàn)速度為80 km·h-1。試驗(yàn)結(jié)果表明，試驗(yàn)輪胎累計(jì)行駛時(shí)間為88 min，原生產(chǎn)輪胎為58 min，試驗(yàn)輪胎的缺氣保用性能比原生產(chǎn)輪胎大幅提高。

3 結(jié)論

在缺氣保用輪胎支撐膠配方中使用釹系BR等量替代30份的NR，膠料的加工性能和加工安全性提高，硫化膠的硬度降低，拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和回彈值提高，壓縮疲勞溫升大幅降低，釹系BR的低生熱性能得到體現(xiàn)，有利于提高缺氣保用輪胎的低氣壓性能。成品輪胎的強(qiáng)度性能、耐久性能、高速性能和零氣壓性能均提高，均滿足相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。