高結(jié)合苯乙烯含量丁苯橡膠1586在礦用全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

李培生，孫保泉，陳建軍，薛彬彬

[1.山東華盛橡膠有限公司，山東 東營(yíng) 257300；2.啟潤(rùn)輪胎（德州）有限公司，山東 德州 253699]

隨著全球采礦業(yè)新一輪崛起，作為礦山機(jī)械最大消耗品之一，礦用全鋼載重子午線輪胎（以下簡(jiǎn)稱礦用TBR）市場(chǎng)需求非常強(qiáng)勁[1-3]。由于礦山路況、溫度、車輛負(fù)載等因素嚴(yán)重影響輪胎的壽命與使用狀況，從而影響車輛的行駛安全與駕駛成本[4-6]，因此，礦用TBR需具有高耐磨性能、強(qiáng)載重能力、抗撕裂和長(zhǎng)使用壽命的特點(diǎn)。

高結(jié)合苯乙烯含量丁苯橡膠（SBR）1586是中國(guó)石油蘭州石化公司通過結(jié)構(gòu)調(diào)整和性能提升開發(fā)的抗切割、抗刺扎礦用TBR專用乳聚SBR。與SBR1502相比，SBR1586制備的輪胎具有良好的耐磨和抗撕裂性能，使用壽命延長(zhǎng)。

本工作研究SBR1586在礦用TBR胎面膠中的應(yīng)用，并與SBR1502對(duì)比，為高性能礦用輪胎的研發(fā)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

SBR1586，中國(guó)石油蘭州石化公司合成橡膠廠產(chǎn)品；SBR1502，中國(guó)石化齊魯石化分公司產(chǎn)品；天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；炭黑N115和N220，卡博特化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑975MP，山東聯(lián)科新材料股份有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，濰坊奧龍鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，南通凱塔有限公司產(chǎn)品；防老劑4020和RD，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品；環(huán)保塑解劑GE2258，萊茵化學(xué)（青島）有限公司產(chǎn)品；抗撕裂劑CSR300，上海麒祥新材料科技有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

礦用TBR胎面膠配方如表1所示。1#和3#配方為采用SBR1502的生產(chǎn)配方，2#和4#配方為采用SBR1586的試驗(yàn)配方。

表1 礦用TBR胎面膠配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

GK400型和GK255型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀、MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀、RPA2000橡膠加工分析（RPA）儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XL-800×800×2型平板硫化機(jī)，青島光越橡膠機(jī)械制造有限公司產(chǎn)品；GT-TCS-2000型電子拉力機(jī)、GT-RH-2000型壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)和GT-7012-D型DIN磨耗試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；TD-6009型阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)，江都市騰達(dá)試驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；TD-401A型熱老化試驗(yàn)機(jī)，江都市騰達(dá)試驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，法國(guó)Metravib公司產(chǎn)品；GT-7005-RO3型耐臭氧試驗(yàn)機(jī)，青島高特威爾檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；LC-20A型高效液相色譜儀，日本島津公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料分4段混煉，前3段混煉在GK400型密煉機(jī)中進(jìn)行，終煉在GK255型密煉機(jī)中進(jìn)行。各段混煉膠停放時(shí)間不少于4 h。

一段混煉工藝為：初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，生膠和小料→壓壓砣35 s→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為45 r·min-1→炭黑→壓壓砣40 s→提壓砣→壓壓砣30 s→排膠。二段混煉工藝為：初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，一段混煉膠和白炭黑→壓壓砣→轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為35 r·min-1→提壓砣35 s→排膠。三段混煉工藝為：初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，二段混煉膠→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣25 s→提壓砣→壓壓砣25 s→排膠。終煉混煉工藝為：初始轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，三段混煉膠、硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣35 s→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣35 s→排膠。

終煉膠在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為151℃×30 min，膠料停放12 h以上再進(jìn)行性能測(cè)試。

1.5 性能測(cè)試

膠料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用RPA應(yīng)變掃描（溫度為60 ℃，頻率為10 Hz）測(cè)試。

膠料其他性能測(cè)試均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

SBR1586的理化性能如表2所示。

表2 SBR1586的理化性能

從表2可以看出，SBR1586的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，其結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯大于SBR1502（23.5%），與NR的相容性更好。

2.2 硫化特性

混煉膠的硫化特性及炭黑分散等級(jí)見表3。

表3 混煉膠的硫化特性及炭黑分散等級(jí)

從表3可以看出，與1#和3#配方膠料分別相比，2#和4#配方膠料的門尼粘度降低、門尼焦燒時(shí)間基本相當(dāng)或延長(zhǎng)，硫化特性無明顯差異，炭黑分散等級(jí)提高。這表明與SBR1502相比，SBR1586的加工性能和加工安全性更好，與炭黑之間的結(jié)合膠更多，炭黑在混煉膠中的分散性更好。

2.3 物理性能

硫化膠的物理性能如表4所示。

表4 硫化膠的物理性能

從表4可以看出，與1#和3#配方膠料分別相比，2#和4#配方膠料的撕裂強(qiáng)度和回彈值提高，壓縮疲勞溫升和壓縮永久變形降低，耐磨性能、耐熱老化性能和耐臭氧老化性能提高。

2.4 滯后損失

一般而言，0 ℃時(shí)的損耗因子（tanδ）表征膠料的抗?jié)窕阅?，?shù)值越大，抗?jié)窕阅茉胶茫?0℃時(shí)的tanδ表征膠料的干地抓著性能，數(shù)值越大，干地抓著性能越好；60 ℃時(shí)的tanδ表征膠料的滾動(dòng)阻力，數(shù)值越小，滾動(dòng)阻力越低。

用DMA儀測(cè)試的礦用TBR胎面膠硫化膠的tanδ-溫度曲線如圖1所示。

圖1 硫化膠的tanδ-溫度曲線

從圖1可知，與1#和3#配方膠料分別相比，2#和4#配方膠料0，20和60 ℃時(shí)的tanδ明顯較大?？梢钥闯?，與SBR1502膠料相比，SBR1586膠料的抗?jié)窕阅芎透傻刈ブ阅苊黠@提高，滾動(dòng)阻力略大，但可接受。

2.5 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

用RPA儀對(duì)硫化膠進(jìn)行應(yīng)變掃描，分別測(cè)試tanδ、彈性模量（G′）和粘性模量（G″）與應(yīng)變的關(guān)系，結(jié)果見圖2。

圖2 硫化膠的RPA應(yīng)變掃描曲線

由圖2可知，2#和4#配方膠料的tanδ，G′和G″均分別高于1#和3#配方膠料，說明采用SBR1586的硫化膠彈性應(yīng)變能的轉(zhuǎn)變更加困難，有利于提高膠料的抗切割和抗刺扎性能。分析認(rèn)為，SBR1586的結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)大，其苯環(huán)分子內(nèi)單鍵不易旋轉(zhuǎn)，膠料剛性提高，鍵難以斷裂，有利于提高抗切割性能。

3 結(jié)論

（1）SBR1586的結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯大于SBR1502，與NR的相容性更好。

（2）在礦用TBR胎面膠中用SBR1586等量替代SBR1502，混煉膠的門尼粘度降低，焦燒時(shí)間相當(dāng)或延長(zhǎng)，硫化特性無明顯差異，炭黑分散等級(jí)提高，加工性能和加工安全性改善，硫化膠的回彈值、撕裂強(qiáng)度、耐磨、抗切割、抗刺扎、耐熱老化和耐臭氧老化性能提高，壓縮疲勞溫升降低，抗?jié)窕阅芎透傻刈ブ阅芴岣?，滾動(dòng)阻力略大，但在可接受范圍內(nèi)。