溶聚丁苯橡膠在綠色輪胎胎面膠中的應(yīng)用

張進(jìn)生，韓 丹，王鷺飛

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

歐盟標(biāo)簽法規(guī)的正式實(shí)施對(duì)輪胎節(jié)能性能和安全性能的要求提高。在不降低輪胎胎面膠濕抓著力基礎(chǔ)上降低其滾動(dòng)阻力已成為高性能綠色輪胎設(shè)計(jì)的首要任務(wù)?？朔喬L動(dòng)阻力所耗燃油占汽車總油耗的14.4%[1]，因此降低硫化膠的滾動(dòng)阻力對(duì)輪胎節(jié)油和環(huán)保尤為重要。

溶聚丁苯橡膠（SSBR）具有聚合可控、分子鏈序列分布和結(jié)構(gòu)參數(shù)易調(diào)節(jié)以及非橡膠成分少等特點(diǎn)，其綜合性能介于乳聚丁苯橡膠（ESBR）和順丁橡膠（BR）之間[2]。加工性能方面，SSBR收縮小，壓出表面光滑，模壓流動(dòng)性好，其硫化膠花紋清晰且色彩鮮明，具有較好的抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅芤约拜^低的滾動(dòng)阻力和生熱，是生產(chǎn)綠色輪胎的主要原材料。

本工作研究不同牌號(hào)SSBR在綠色輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

SSBR，牌號(hào)VSL 4526-2HM，VSL 2438-2HM，VSL PBR 4070，VSL PBR 4078，朗盛化學(xué)有限公司產(chǎn)品；BR，牌號(hào)9000，中國石化齊魯石油化工公司產(chǎn)品。

1.2 配方

1#配方：SSBR（牌號(hào)為VSL 4526-2HM） 80，BR 20，高分散白炭黑 80，硅烷偶聯(lián)劑 6.4，硬脂酸 3，氧化鋅 1.5，防老劑RD 1，低滾阻樹脂 6，不溶性硫黃 1.4，促進(jìn)劑NS 1，促進(jìn)劑DPG 1，防焦劑CTP 0.2，其他 8。

2#—4#配方：除SSBR牌號(hào)分別改為VSL 2438-2HM，VSL PBR 4078和VSL PBR 4070外，配方其余組分和用量同1#配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

1.5 L密煉機(jī)，青島高科橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XKR-150型開煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；1.0MN型平板硫化機(jī)，上海第一橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度計(jì)、MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀、T2000型電子拉力機(jī)和RPA2000橡膠加工分析儀（以下簡稱RPA），美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；Gabometer4000動(dòng)態(tài)粘彈性試驗(yàn)機(jī)，德國Gabo公司產(chǎn)品；401B型老化試驗(yàn)箱，江都試驗(yàn)機(jī)械廠產(chǎn)品；回彈性測試儀，意大利Gibitre公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料混煉分3段在密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為75 r·min-1，生產(chǎn)工藝為：生膠→壓壓砣（40 s）→白炭黑和偶聯(lián)劑→壓壓砣（40 s）→炭黑、小料和操作油→壓壓砣（50 s）→提壓砣清理→壓壓砣（40 s）→提壓砣清理→浮壓砣（15 s）→清理→壓壓砣（30 s）→排膠（155 ℃）。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r·min-1，生產(chǎn)工藝為：一段混煉膠→加壓且提壓砣2次（150 s）→排膠（145 ℃）。三段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為50 r·min-1，生產(chǎn)工藝為：二段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→加壓且提壓砣2次（120 s）→排膠（105 ℃）至開煉機(jī)→下片、冷卻、停放。

1.5 性能測試

膠料各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

4種不同牌號(hào)SSBR理化性能如表1所示。從表1可以看出：不同牌號(hào)SSBR的門尼粘度、苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)、乙烯基質(zhì)量分?jǐn)?shù)、充油量和分子結(jié)構(gòu)不同；牌號(hào)為VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR為末端改性產(chǎn)品，其改性端基可作為活性結(jié)合點(diǎn)，改善橡膠與白炭黑結(jié)合能力，減少橡膠分子鏈自由末端無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)，降低膠料的滯后損失，減小輪胎的滾動(dòng)阻力。

表1 4種不同牌號(hào)SSBR理化性能

2.2 加工性能和硫化特性

混煉膠的加工性能和硫化特性如表2所示。從表2可以看出：與1#配方混煉膠相比，2#和4#配方混煉膠的加工性能較差，這是因?yàn)槠渖z初始門尼粘度較高；3#配方混煉膠的加工性能稍差，這可能是因?yàn)槠渖z充油量較少；3#和4#配方混煉膠的門尼焦燒時(shí)間和t90稍長，這是因?yàn)橄鹉z分子鏈末端引入了其他化學(xué)基團(tuán)。

表2 混煉膠的加工性能和硫化特性

2.3 物理性能

硫化膠的物理性能如表3所示。從表3可以看出：1#—4#配方硫化膠的邵爾A型硬度相差不大；2#和4#配方硫化膠的拉伸性能、抗撕裂強(qiáng)度和耐磨性能較好，這是因?yàn)榕铺?hào)為VSL 2438-2HM和VSL PBR 4070的SSBR具有較高的相對(duì)分子質(zhì)量；3#配方硫化膠的壓縮溫升較小，這是因?yàn)榕铺?hào)為VSL PBR 4078 SSBR中苯乙烯含量較小。

表3 硫化膠的物理性能

2.4 RPA分析

2.4.1 混煉膠

混煉膠的儲(chǔ)存模量（G′）-應(yīng)變曲線如圖1所示，RPA掃描條件為：溫度 100 ℃，頻率 1.67 Hz。從圖1可以看出：與1#和2#配方混煉膠相比，3#和4#配方混煉膠在低應(yīng)變下的G′較小，說明炭黑在牌號(hào)為VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR中具有較好的分散性，這是因?yàn)榕铺?hào)為VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR中末端改性基團(tuán)可與白炭黑較好地結(jié)合；與4#配方混煉膠相比，3#配方混煉膠在低應(yīng)變下的G′更小，這是因?yàn)榕铺?hào)為VSL PBR 4078的SSBR同時(shí)具有相對(duì)分子質(zhì)量大小適中、加工性能優(yōu)異的特點(diǎn)。

圖1 混煉膠的G′-應(yīng)變曲線

2.4.2 硫化膠

通常情況下，硫化膠的抗?jié)窕阅芘c滾動(dòng)阻力可分別由其在0和60 ℃時(shí)的損耗因子（tanδ）表征。0 ℃時(shí)的tanδ值越大，硫化膠的抗?jié)窕阅茉胶茫?0 ℃時(shí)的tanδ值越小，硫化膠的滾動(dòng)阻力越小[3]。硫化膠的tanδ-溫度曲線如圖2所示，RPA掃描條件為：頻率 8.33 Hz，應(yīng)變 7%。從圖2可以看出，與1#和2#配方硫化膠相比，3#和4#配方硫化膠在60℃時(shí)的tanδ值較小，即滾動(dòng)阻力較小，說明牌號(hào)為VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR具有較低的滾動(dòng)阻力。

圖2 硫化膠的tanδ-溫度曲線

硫化膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能參數(shù)如表4所示。從表4可以看出：4#配方硫化膠0 ℃時(shí)的tanδ值最大，2#和3#配方硫化膠次之且相當(dāng)，說明牌號(hào)為VSL PBR 4070的SSBR具有較好的抗?jié)窕阅堋?#配方硫化膠60 ℃時(shí)的tanδ值最小，說明牌號(hào)為VSL PBR 4078的SSBR具有較低的滾動(dòng)阻力，這與硫化膠的tanδ-溫度曲線有較好的相關(guān)性。

表4 硫化膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能參數(shù)

3 結(jié)論

（1）與未改性SSBR（牌號(hào)為VSL 4526-2HM和VSL 2438-2HM）相比，末端改性SSBR（牌號(hào)為VSL PBR 4078和VSL PBR 4070）可與白炭黑較好地結(jié)合，減少其分子鏈自由末端無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)，降低膠料的滯后損失和輪胎的滾動(dòng)阻力。

（2）與牌號(hào)為VSL 4526-2HM的SSBR相比，牌號(hào)為VSL 2438-2HM，VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR加工性能略差，但其硫化膠的物理性能相對(duì)較好。

（3）末端改性SSBR硫化膠的滾動(dòng)阻力較小，抗?jié)窕阅茌^好。其中，牌號(hào)為VSL PBR 4078的SSBR具有更低的滾動(dòng)阻力，牌號(hào)為VSL PBR 4070的SSBR具有略好的抗?jié)窕阅堋?/p>