順丁橡膠在汽車輪胎中的應用研究

劉金文　許亞坤

摘 要：論述稀土順丁橡膠（BR）的發展及其在我國輪胎工業中的應用。我國是最早開發稀土BR的國家，20世紀70年代就開展了萬噸級工業化試驗并獲得了批量產品，但真正進行工業化生產和實際應用的時間較短。隨著世界范圍內環保法規的出臺，對輪胎產品在滾動阻力、耐磨等性能方面提出了剛性要求，稀土BR符合高性能綠色輪胎對高速、安全、節能、環保的更高要求，國內企業爭相逐步少量應用稀土BR，稀土BR應用范圍的不斷擴大，將推動國內輪胎行業的進步和發展。

關鍵詞：稀土順丁橡膠 綠色輪胎 滾動阻力 耐磨性能

釹系順丁橡膠（NdBR）是以稀土金屬釹為主體催化體系的高順式-1，4-結構的聚丁二烯橡膠。NdBR具有順式-1，4-結構含量高、相對分子質量大、拉伸結晶快、加工性能好、硫化速度快、強伸性能和彈性好、生熱低等特點，能減小輪胎滯后損失，降低滾動阻力和生熱，提高耐磨性能。

一、稀土橡膠用于輪胎工業的意義

在汽車工業高速發展和注重環保的今天，綠色輪胎因具有高環保、低消耗、超安全的優點而被廣泛關注。與普通子午線輪胎相比，綠色輪胎滾動阻力可降低22%～24%，使得轎車節省燃料3%～5%，貨車節省燃料6%～8%，大幅降低一氧化碳的排放量，而輪胎其他性能如耐磨性能、噪聲、干濕路面抓著性能等均保持良好水平，且操縱穩定性出色、制動距離更短，對減少交通事故，提高經濟效益和社會效益具有積極意義。稀土順丁橡膠（BR）是以稀土化合物為主催化劑催化聚合而成的具有高順式1，4-結構含量的聚丁二烯橡膠，因稀土元素中的釹的化合物具有最高的催化活性，故又稱為釹系BR。稀土BR具有鏈結構規整度高、線性好、平均相對分子質量高、相對分子質量分布可調、自粘性好等優點，加工性能和物理性能優異。稀土BR是除溶聚丁苯橡膠之外，另一種對開發經濟、安全和耐用輪胎至關重要的高性能橡膠，是開發低滾動阻力輪胎的必要材料，被公認為當今性能最好的橡膠品種。與廣泛使用的鎳系BR相比，稀土BR可以減少輪胎滯后損失和內生熱、降低滾動阻力，提高耐磨性能和抗濕滑性能，改善胎面冠部膠老化崩花掉塊、胎側膠老化龜裂等現象，能夠提高輪胎的耐久性能和高速性能，可與天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）并用，被優選用于高性能輪胎和節能輪胎，是當今發展最快的BR品種。

二、稀土BR在我國輪胎工業中的應用

稀土BR一般不單獨使用，主要與NR、異戊橡膠（IR）或SBR并用，應用于綠色輪胎的胎面和胎側，有助于減小滾動阻力、提高燃油效率。稀土BR極其耐磨，可提高輪胎的安全性能和使用壽命。

稀土BR硫化膠不僅具有良好的拉伸性能和較低的滯后損失，而且具有較低的滾動阻力和較高的耐磨性能，是作為胎面膠的優良膠種，可提高輪胎的高速、耐久、節能性能。楊樹田等對稀土BR（牌號BR9100）的基本性能和實用性能進行了研究。結果表明：稀土BR9100與傳統鎳系BR（牌號BR9000）相比，具有分子鏈規整性好、相對分子質量高、相對分子質量分布指數寬、分子中順式1，4-結構摩爾分數高等特點；稀土BR硫化膠的力學性能、生熱、耐熱穩定性優于傳統鎳系BR。在胎面膠加工性能方面，胎面冠部膠混煉膠填充因數由0.738提高到0.753，稀土BR可獲得與鎳系BR相同的加工性能。與鎳系BR生產的輪胎相比，將稀土BR用于胎面膠、胎側膠和胎體膠試制的9.00-2016PR輪胎耐久性能提高32.9%，高速性能提高54.2%。鄒明清等的研究表明，在輪胎胎面冠部膠中以稀土BR等量替代鎳系BR，膠料物理性能改善，尤其是耐磨性能和生熱性能提高，但工藝性能有所下降，炭黑分散度減小，需調整混煉工藝。輪胎里程試驗表明，胎面冠部膠采用稀土BR的輪胎耐磨性能好。楊樹田的研究表明，在胎面膠中并用50份稀土BR（牌號為BR9100）和在輪胎簾布層膠中并用10份稀土BR，輪胎胎面混煉膠填充因數由原1.067提高到1.131，加工性能好，試制的9.00-20輪胎平均磨耗指數比并用50份鎳系BR（牌號BR9000）的對比輪胎提高16.9%。楊樹田在載重斜交輪胎胎面膠中將稀土BR（牌號BR9100）和鎳系BR（牌號BR9000）以40份用量等量互換，發現在混煉工藝條件相同時，稀土BR胎面冠部膠耐磨性能較鎳系BR提高10.2%，提高混煉膠填充因數后，稀土BR胎面冠部膠耐磨性能提高20.3%。馬洪海等將稀土BR用于載重斜交輪胎胎面膠中，并比較了其與鎳系BR的性能差異。結果表明：與鎳系BR相比，稀土BR膠料工藝性能稍差，硫化膠拉伸強度和撕裂強度稍大，耐熱老化性能較好，其他性能相差不大；胎面膠采用稀土BR（NR/BR并用比為50/50）的9.00-2014PR輪胎行駛里程和平均單位磨耗里程均較高。徐世傳對比了鈷系、稀土和鎳系BR胎面冠部膠物理性能和工藝性能。結果表明：稀土BR膠料綜合物理性能最好，表現為彈性和耐磨性能好，壓縮生熱低，300%定伸應力和撕裂強度高；鎳系BR膠料的工藝性能最好，稀土BR膠料的半成品工藝性能較差。

三、結語

稀土順丁橡膠具有強度高、耐屈撓、低生熱、抗濕滑及滾動阻力低等特點，性能優于鎳膠，是發展高性能輪胎和節能輪胎的優選膠種。稀土順丁橡膠的開發成功，填補了該橡膠品種的國內空白。稀土順丁橡膠優異的生膠性能和結構在其應用過程中得到了充分體現，混膠具有更高的拉伸強度、更低的滯后損失及疲勞生熱，具有優異的抗屈撓性能、更好的抗濕滑性能，還具有十分可貴的低滾動阻力等特點。這些正是提高輪胎的高速性、耐久性、節能性所必需的性能。近年來，我國的公路建設獲得了飛速發展，高速公路總里程數僅次于美國列世界第二位。公路建設的發展，不僅對輪胎的質量和使用性能提出了更高的要求，而且也為稀土順丁橡膠在輪胎中的應用提供了寶貴的發展機遇和空間。

參考文獻：

[1] 劉永濤，董為民，石路穎，等. 稀土順丁橡膠的性能和應用[J]. 合成橡膠工業，2008，31（5）：325-331.

[2] 張詠梅. 稀土順丁橡膠在我國的發展前景分析[J]. 經營管理者，2012，28（11）：254-254