不同牌號釹系順丁橡膠在輪胎胎圈膠中的應用性能對比

付友健，徐文龍，于海洋，汪 燕，徐 旗

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

隨著全球環(huán)保意識的增強，人們對降低輪胎滾動阻力的要求越來越高。輪胎滾動阻力包括輪胎與路面的摩擦力和輪胎內部材料摩擦產(chǎn)生的阻力等[1]。有研究表明，在輪胎部件中，胎面產(chǎn)生的滾動阻力占輪胎總滾動阻力的49%，胎側占14%、胎圈占11%、胎體占11%、帶束層占8%、其他部件占7%。減小輪胎材料所產(chǎn)生的內摩擦阻力是降低輪胎滾動阻力的主要途徑之一[2-3]。

釹系順丁橡膠（BR）是丁二烯在釹催化劑催化作用下聚合而成的結構規(guī)整的合成橡膠，其耐磨性能、耐疲勞性能、生熱性能、滾動阻力和抗?jié)窕阅艿葍?yōu)于傳統(tǒng)BR[4-5]。目前釹系BR主要應用于國內大型輪胎公司的乘用輪胎、載重輪胎和工程機械輪胎的胎面及胎側中，體現(xiàn)出比傳統(tǒng)BR更加優(yōu)異的彈性、耐磨性能和動態(tài)力學性能，且成品輪胎速度性能明顯提高[6-8]。

但釹系BR在輪胎胎圈膠中的應用研究較少，需對其加工性能、硫化特性、物理性能和動態(tài)力學性能進行研究對比。本工作研究不同牌號釹系BR和鎳系BR9000在輪胎胎圈膠中的應用，以期為提升輪胎胎圈膠性能提供依據(jù)。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），印度尼西亞進口產(chǎn)品。釹系BR，牌號CB24，德國阿朗新科有限公司產(chǎn)品；牌號40和X 45 EP，意大利埃尼公司產(chǎn)品；牌號0150L，臺橡宇部（南通）化學工業(yè)有限公司產(chǎn)品；牌號GND45，韓國LG化學有限公司產(chǎn)品。鎳系BR，牌號9000，浩普新材料科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

NR 40，BR（變牌號）60，炭黑N550 70，氧化鋅 4，硬脂酸 1，防老劑 3.5，環(huán)保油 8，硫黃 3.2，促進劑TBBS 1.3，其他 3.15。

采用牌號為CB24，40，X 45 EP，0150L，GND45和9000的BR配方編號分別為1#—6#。

1.3 主要設備和儀器

XK（S）-160型開煉機、X（S）M-1.5型密煉機和XLB-400-（D）型電熱平板硫化機，青島科高橡塑機械技術裝備有限公司產(chǎn)品；DSC-1型差示掃描量熱（DSC）儀，瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)品；1515型凝膠滲透色譜（GPC）儀，美國沃特世公司產(chǎn)品；MDR2000型無轉子硫化儀（MDR）和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；HT3000型邵氏硬度計和RB3000型沖擊彈性試驗機，德國Montech公司產(chǎn)品；3360型電子拉力機，美國Instron公司產(chǎn)品；VR-7130型動態(tài)熱機械分析（DMA）儀，日本上島株式會社產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料在密煉機中分兩段進行混煉，一段混煉轉子轉速為70 r·min-1，混煉工藝為:生膠→壓壓砣30 s→炭黑、環(huán)保油→壓壓砣50 s→氧化鋅、硬脂酸、防老劑和其他小料→壓壓砣至135 ℃→提壓砣保持30 s→壓壓砣至155 ℃→排膠；二段混煉轉子轉速為35 r·min-1，混煉工藝為:一段混煉膠、硫黃和促進劑→壓壓砣50 s→提壓砣保持5 s→壓壓砣至105 ℃→排膠。

混煉膠停放24 h后，在開煉機上出片，膠料在平板硫化機上硫化，硫化條件為160 ℃×25 min。

1.5 性能測試

1.5.1 GPC分析

測試條件為:流動相 四氫呋喃（THF），流速1 mL·min-1，柱溫 30 ℃。

1.5.2 DSC分析

采用DSC儀測試生膠的玻璃化溫度（Tg），測試條件為:溫度－100～25 ℃，升溫速率 20 K·min-1，氮氣氣氛。

1.5.3 硫化特性

按照GB/T 9869—2014《橡膠膠料 硫化特性的測定（圓盤振蕩硫化儀法）》測試160 ℃下膠料的硫化特性。按照GB/T 1232.1—2000《未硫化橡膠 用圓盤剪切粘度計進行測定 第1部分:門尼粘度的測定》測試生膠和混煉膠的門尼粘度。按照GB/T 1233—2008《未硫化橡膠初期硫化特性的測定 用圓盤剪切黏度計進行測定》測試混煉膠127 ℃的門尼焦燒時間。

1.5.4 物理性能

按照GB/T 23651—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 硬度測試 介紹與指南》測試硫化膠的硬度。按照GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應力應變性能的測定》測試硫化膠的定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率，拉伸速率為500 mm·min-1。按照GB/T 529—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強度的測定（褲形、直角形和新月形試樣）》測試硫化膠的撕裂強度，拉伸速率為500 mm·min-1。按照GB/T 1681—2009《硫化橡膠回彈性的測定》測試硫化膠的彈性。

1.5.5 動態(tài)力學性能

采用DMA儀進行測試，溫度掃描條件:溫度－80～80 ℃，頻率 10 Hz，升溫速率 2 K·min-1；頻率掃描條件:溫度 60 ℃，頻率0.1～2.5 Hz。

2 結果與討論

2.1 相對分子質量及其分布

不同牌號BR的相對分子質量及其分布如表1所示。

表1 不同牌號BR的相對分子質量及其分布

從表1可以看出，釹系BR相對分子質量分布較窄，BR9000的相對分子質量分布較寬，釹系BR40和BR GND45的重均相對分子質量較大，其加工性能應略差。

2.2 門尼粘度和玻璃化溫度

生膠和混煉膠的門尼粘度和Tg如表2所示。

從表2可以看出，相對鎳系BR9000，釹系BR的生膠和混煉膠門尼粘度均較高，加工性能稍差，這是由于釹系BR相對分子質量分布窄導致的。其中添加牌號為GND45和X 45 EP的BR混煉膠門尼粘度較高。鎳系BR9000應力松弛最慢，釹系BR40次之，即其支化程度略高。釹系BR和鎳系BR9000的Tg相近。

表2 生膠和混煉膠的門尼粘度和Tg

2.3 硫化特性

混煉膠的硫化特性如表3所示。

從表3可以看出:1#，4#和6#配方混煉膠的門尼焦燒時間較長，加工安全性較優(yōu)；添加5種釹系BR的混煉膠轉矩差相當，較添加鎳系BR的混煉膠大，即添加釹系BR的混煉膠交聯(lián)密度相當且大于添加鎳系BR的混煉膠；添加釹系BR和鎳系BR混煉膠的硫化速度相當。

表3 混煉膠的硫化特性

2.4 物理性能

硫化膠物理性能如表4所示。

表4 硫化膠的物理性能

從表4可以看出:添加鎳系BR9000的硫化膠拉伸強度最小，添加釹系BRX 45 EP的硫化膠次之，其余幾種硫化膠相當；1#—6#配方硫化膠的其余物理性能相當。

2.5 動態(tài)力學性能

硫化膠的溫度掃描曲線如圖1所示，頻率掃描曲線如圖2所示，tanδ為損耗因子。

圖1 硫化膠的tan δ-溫度曲線

圖2 硫化膠的tan δ-頻率曲線

從圖1和2可以看出，與添加鎳系BR9000的硫化膠相比，添加釹系BR硫化膠的滾動阻力和生熱性能提升可達30%以上。其中添加釹系BR CB24和BR40硫化膠的60 ℃時的tanδ最小，滾動阻力最小，生熱最低，可在輪胎胎圈膠中使用，以改善滾動阻力和生熱性能。

3 結論

與鎳系BR相比，釹系BR加工性能略差，混煉膠交聯(lián)密度增大，硫化膠拉伸強度增大，滾動阻力降低，生熱性能較優(yōu)，其他性能相當，適用于高性能輪胎胎圈膠。綜合分析，釹系BR CB24和BR40具有更低的滾動阻力和較優(yōu)的生熱性能，適合應用于低滾動阻力輪胎胎圈膠中。