兩種樹脂對轎車輪胎胎面膠性能的影響

劉恩冉，王書棟，韓 菁，董凌波

（1.三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200；2.威海職業學院，山東 威海 264210）

輪胎的滾動阻力和抗濕滑性能日益受到重視，其關乎輪胎的經濟性及安全性，這些性能均與膠料的損耗因子（tanδ）等有關[1-4]。為了改善膠料的動態粘彈性，市面上出現了不同種類的樹脂。本工作主要研究TL100樹脂和DCPD樹脂對轎車輪胎胎面膠性能的影響。

1 實驗

1.1 原材料

充油丁苯橡膠（SBR），牌號1723，韓國錦湖石化公司產品；炭黑N234，卡博特公司產品；白炭黑，牌號1165MP，索爾維公司產品；氧化鋅，濰坊龍達鋅業有限公司產品；硬脂酸，馬來西亞天然油脂公司產品；分散劑，萊茵化學公司產品；TL100樹脂和DCPD樹脂，德國呂特格公司產品；防老劑4020，山東圣奧化工股份有限公司產品；防老劑RD，南京化學工業有限公司產品；增粘樹脂SP-1068，圣萊科特公司產品；防護蠟，中石化南陽能源化工有限公司產品；環保油，道達爾公司產品；偶聯劑Si69，山東文興科技有限公司產品；硫黃，榮成市崖頭新莊化工廠產品；促進劑CZ，榮成市化工總廠有限公司產品；促進劑DPG-80，山東陽谷華泰化工股份有限公司產品。

1.2 試驗配方

SBR 137.5，炭黑N234 7.5，白炭黑 80，氧化鋅 2，硬脂酸 1，分散劑 2，TL100樹脂或DCPD樹脂 5，防老劑4020 2，防老劑RD 1，增粘樹脂SP-1068 2，防護蠟 1，環保油 12，偶聯劑Si69 7.5，硫黃 2.2，促進劑CZ 1.8，促進劑DPG-80 0.75。

1.3 主要設備和儀器

XK-150型開煉機，大連中泰橡膠機械有限公司產品；1.5 L密煉機，德國KRUPP公司產品；MDR2000型硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產品；63T型平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產品；邵氏A型硬度計，上海倫捷機電儀表公司產品；Instron3367型電子拉力機，美國Instron公司產品；IR550型紅外光譜儀，美國尼高力公司產品；EPLEXOR500N型橡膠粘彈性分析儀，德國GABO公司產品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝，一段混煉在1.5 L密煉機中進行，壓砣壓力為3 MPa，加料順序為：SBR→氧化鋅、硬脂酸、分散劑→炭黑N234、白炭黑、偶聯劑Si69→環保油，控制混煉溫度和時間，使白炭黑與偶聯劑充分反應，膠料混合均勻，將母煉膠停放24 h后均勻分配，繼續在密煉機中依次加入樹脂、防老劑4020、防老劑RD、增粘樹脂SP-1068、防護蠟，混煉一段時間后排料；二段混煉在開煉機上加入硫黃和促進劑，控制開煉機輥筒溫度以及混煉時間，通過打三角包薄通，使硫化劑分散均勻，然后下片，得到厚度約為2 mm的試片備用。

將混煉膠剪裁成需要的試樣在平板硫化機上硫化，硫化條件為150 ℃×30 min。

1.5 性能測試

動態力學性能：測試溫度 －20～＋80 ℃，頻率 10 Hz，動態應變 0.25%，升溫速率 3 ℃·min-1。

其他性能均按相應的國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化分析

TL100樹脂和DCPD樹脂的理化分析結果如表1所示。

表1 兩種樹脂的理化分析結果

從表1可以看出，兩種樹脂的軟化點比較接近，由于樹脂的玻璃化溫度（Tg）與其軟化點有正相關性，可以推斷這兩種樹脂的Tg也很接近。

2.2 紅外光譜分析

TL100樹脂和DCPD樹脂的紅外光譜分別如圖1和2所示。

圖1 TL100樹脂的紅外光譜

從圖1可以看出：在3 020～3 050 cm-1之間具有較強的芳烴上的C—H伸縮振動，同時在 1 603.7，1 512.4，1 478.2和1 457.2 cm-1處的信號對應著芳環結構中C=C的伸縮振動，這些信號表明TL100樹脂具有豐富的芳香類物質；同時在2 900 cm-1附近也可以觀察到很強的C—H伸縮振動，對應著烷基鏈上的甲基和亞甲基，這些信號與700～740 cm-1區域的芳香環取代的信號相結合，可以認為在TL100樹脂的芳香類結構上有較多的烷基取代。

圖2 DCPD樹脂的紅外光譜

在石油樹脂中DCPD樹脂是由相對較純的DCPD單體聚合而成，因此其紅外光譜相對容易辨識。從圖2可以明顯觀察到大量亞甲基上的C—H伸縮信號在2 931.5 cm-1處出現，這與DCPD樹脂結構吻合；同時在1 600 cm-1附近出現信號，應該是DCPD樹脂合成反應后尚存的碳碳雙鍵。

通過上述紅外光譜分析，DCPD樹脂具有大量烷基結構，且結構中含有大量環狀結構和一定量的碳碳雙鍵；而TL100樹脂具有芳香結構，且有部分烷基取代。

2.3 工藝性能

TL100樹脂和DCPD樹脂對膠料門尼粘度和門尼焦燒時間的影響如表2所示。

表2 膠料的門尼粘度和門尼焦燒時間

從表2可以看出，加入TL100樹脂的膠料門尼粘度略高，門尼焦燒時間略長。

2.4 硫化特性

TL100樹脂和DCPD樹脂對膠料硫化特性（150 ℃）的影響如表3所示。

從表3可以看出，兩種膠料的FL和Fmax相近，ts1，ts2和t90差異較小，這也說明兩種樹脂對膠料硫化特性的影響相當。

2.5 物理性能

TL100樹脂和DCPD樹脂對硫化膠物理性能的影響如表4所示。

表3 膠料的硫化特性

表4 硫化膠的物理性能

從表4可以看出：兩種樹脂硫化膠的硬度、低定伸應力和拉斷伸長率相近；TL100樹脂硫化膠的300%定伸應力和拉伸強度較大；熱空氣老化后DCPD樹指硫化膠的拉斷伸長率較高。

2.6 動態力學性能

TL100樹脂和DCPD樹脂對膠料動態力學性能的影響如表5所示。

從表5可以看出：0 ℃時TL100樹脂膠料的tanδ較高，說明膠料的抗濕滑性能較好；60 ℃時TL100樹脂膠料的tanδ較低，表明膠料的滾動阻力小。可見TL100樹脂能較好地平衡胎面膠的滾動阻力與抗濕滑性能。

表5 膠料的動態力學性能

3 結語

TL100樹脂和DCPD樹脂的軟化點相近，TL100樹脂具有芳香結構且有部分烷基取代，DCPD樹脂具有大量烷基結構且含有大量環狀結構及一定量的碳碳雙鍵。兩種樹脂的主要差異在于對膠料動態力學性能的影響，TL100樹脂對膠料的抗濕滑性能和滾動阻力性能均有較好的改善。

值得一提的是，后續應進一步開展樹脂微觀結構、相對分子質量及其分布等方面的研究，從機理上解釋樹脂對膠料宏觀性能的影響，為今后原材料的選擇及配方設計提供理論指導。此外，DCPD樹脂含有不飽和鍵，其在硫化反應中具有反應活性，應開展DCPD樹脂對膠料耐磨、抗撕裂等性能影響的研究。