雪地胎用國(guó)產(chǎn)SSBR性能剖析

趙洪國(guó), 周 雷, 何連成, 楊玉瓊, 李 波, 李衛(wèi)國(guó), 胡海華

雪地胎用國(guó)產(chǎn)SSBR性能剖析

趙洪國(guó)1, 周 雷1, 何連成1, 楊玉瓊1, 李 波1, 李衛(wèi)國(guó)2, 胡海華1

（1.中國(guó)石油石油化工研究院, 甘肅 蘭州 730060; 2.賽輪金宇集團(tuán)股份有限公司, 山東 青島 266045）

從加工工藝和應(yīng)用性能兩方面，對(duì)雪地胎胎面用膠溶聚丁苯橡膠SSBR1550S進(jìn)行了剖析。結(jié)果表明，與現(xiàn)有生產(chǎn)配方相比，使用SSBR1550S的胎面混煉膠加工性能變差，但硫化效率、抗低溫變硬能力、回彈性能、耐磨耗性能、抗?jié)窕阅芫兴岣?，同時(shí)滾動(dòng)阻力有所降低。

溶聚丁苯橡膠；抗?jié)窕?；滾動(dòng)阻力；雪地胎

0 前 言

隨著對(duì)安全環(huán)保的日益重視以及各國(guó)輪胎標(biāo)簽法規(guī)的頒布和實(shí)施，人們對(duì)輪胎質(zhì)量的要求越來(lái)越高。溶聚丁苯橡膠 (SSBR )抗?jié)窕院?、滾動(dòng)阻力低，是制備高性能環(huán)保節(jié)能綠色輪胎的關(guān)鍵材料[1]。雪地胎是針對(duì)高寒地區(qū)冬季的特殊環(huán)境而開(kāi)發(fā)的一種功能性輪胎，其特點(diǎn)是提高了冰雪路面上的通過(guò)性和安全性。近年來(lái)我國(guó)半鋼雪地胎得到了快速發(fā)展，產(chǎn)品遠(yuǎn)銷北美、北歐等世界上20多個(gè)國(guó)家和地區(qū)。雪地輪胎的關(guān)鍵技術(shù)在于輪胎胎面膠配方和輪胎花紋，而雪地胎胎面配方的核心在于橡膠[2]。目前，我國(guó)用于開(kāi)發(fā)雪地胎胎面膠的SSBR主要依賴于進(jìn)口，價(jià)格昂貴，貨源受限。針對(duì)這一需求，中國(guó)石油獨(dú)山子石化與石油化工研究院聯(lián)合開(kāi)發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的雪地胎專用料SSBR1550S。

本工作將從加工工藝和應(yīng)用性能兩方面，對(duì)雪地胎胎面膠用SSBR1550S進(jìn)行剖析，以期能為產(chǎn)品推廣和輪胎企業(yè)應(yīng)用提供技術(shù)參考。

1 試 驗(yàn)

1.1 原料及配方

NR，SMR20，馬來(lái)西亞產(chǎn)品；SSBR，1550S，獨(dú)山子石化分公司產(chǎn)品；SSBR，SL553，日本JSR公司產(chǎn)品；BR，9000，江蘇南通申華化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；炭黑，N234，云南曲靖眾一精細(xì)化工股份有限公司產(chǎn)品；白炭黑，955，無(wú)錫市恒亨白炭黑有限責(zé)任公司產(chǎn)品。其他均為橡膠工業(yè)常用助劑。

配方如表1所示。

1.2 試驗(yàn)儀器

Banbury BR1600型密煉機(jī)、GX-2003型恒溫開(kāi)煉機(jī)，美國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；UR-2030型橡膠流變儀，青島優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；GT-7080S2型門尼黏度儀，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；AI-7000 S型電子拉力機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；LX-A型橡膠硬度測(cè)試儀，上海試驗(yàn)儀器總廠產(chǎn)品；GT-7042-RDH型橡膠回彈試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；MZ4061型阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)，江都市明珠試驗(yàn)機(jī)械廠產(chǎn)品；Rosand RH10型毛細(xì)管流變儀，英國(guó)馬爾文儀器公司產(chǎn)品；DMA/SDTA861e型號(hào)動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀，瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)品。其他實(shí)驗(yàn)設(shè)備均為橡膠加工常用設(shè)備。

表1 配方

1.3 試驗(yàn)方法

膠料分二段混煉。一段混煉在Banbury BR1600型密煉機(jī)上進(jìn)行，加料順序?yàn)椋荷z→氧化鋅、硬脂酸、防老劑等→炭黑、白炭黑材料，一段混煉膠下片后冷卻，停放4 h后進(jìn)行二段混煉。二段混煉在GX-2003型恒溫開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，前后輥速比為1.0:1.1，加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→促進(jìn)劑、硫磺材料。二段混煉膠下片（膠片厚2.0～2.5 mm）后冷卻，停放8 h后在平板硫化機(jī)上硫化試樣。

1.4 性能測(cè)試

測(cè)試方法均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 生膠參數(shù)

膠料體系組成是雪地胎胎面膠配方的核心，尤其是膠料的結(jié)構(gòu)組成決定了輪胎的使用環(huán)境。SSBR1550S和SL553的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 SSBR1550S和SL553的技術(shù)指標(biāo)

由表2可以看出，1550S的苯乙烯和乙烯基結(jié)構(gòu)含量均高于SL553。由于苯乙烯與乙烯基屬于極性基團(tuán)，其含量增加，橡膠大分子鏈段的柔順性降低，故1550S的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）高于SL553的，但是1550S的門尼黏度低于SL553的，這是由于1550S填充了37.5份環(huán)烷油（NAP-10）所致。

由于苯乙烯與乙烯基含量及其無(wú)規(guī)化分布對(duì)SSBR的抗?jié)窕?、滾動(dòng)阻力起決定性作用，由表2可知1550S和SL553的結(jié)構(gòu)組成略有不同，因此，為保障試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料體系中苯乙烯、乙烯基及順式丁二烯含量基本在同一水平，試驗(yàn)配方對(duì)SSBR和BR的用量進(jìn)行了調(diào)整。

2.2 混煉膠加工性能

制成的混煉膠的門尼黏度和門尼焦燒性能測(cè)試結(jié)果如表3所示，擠出性能測(cè)試結(jié)果如表4所示，硫化特性如表5所示。

表3 混煉膠門尼性能（測(cè)試溫度125 ℃）

門尼黏度反映了橡膠加工性能的好壞，被廣泛用來(lái)作為控制橡膠膠料工藝性能的一項(xiàng)指標(biāo)，門尼焦燒則反映了工藝操作的安全性。由表3可以看出，試驗(yàn)配方的門尼黏度高于生產(chǎn)配方的，相對(duì)差達(dá)到25%，表明使用SSBR1550S后混煉膠的黏度增大，可塑性降低，加工性能變差，加工能耗增加；試驗(yàn)配方的t5略低于生產(chǎn)配方的，表明使用SSBR1550S后混煉膠的工藝安全性變化不大。

表4 混煉膠擠出性能1)

由表4可以看出，與正常生產(chǎn)配方相比，試驗(yàn)配方的毛細(xì)管擠出體積及體積流速均明顯降低，表明使用SSBR1550S后混煉膠的加工性能變差，胎面膠擠出效率大幅度降低。

表5 硫化特性

t10和t90表征了橡膠制品硫化過(guò)程中的兩個(gè)最重要的參數(shù)——焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間。由表5可以看出，試驗(yàn)配方的t10與生產(chǎn)配方的相當(dāng)，但是t90較低，表明使用SSBR1550S后混煉膠的工藝安全性變化不大，但硫化時(shí)間縮短，硫化效率提高23%。ML常用來(lái)表征混煉膠的可塑性，其值越小，膠料的可塑度越高。由表5可以看出，試驗(yàn)配方的ML較生產(chǎn)配方的提高19%，表明使用SSBR1550S后混煉膠的加工性能變差。

2.3 力學(xué)性能

制成的硫化膠的力學(xué)性能如表6所示。

由表6可以看出，試驗(yàn)配方的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、定伸應(yīng)力、硬度、撕裂強(qiáng)度與正常配方的相當(dāng)，變化率基本都在5%以內(nèi)，表明使用SSBR1550S后硫化膠的力學(xué)性能變化不大。

2.4 高低溫硬度

制成的硫化膠在不同測(cè)試溫度條件下的硬度如表7所示。

由于雪地胎都是低溫環(huán)境下使用的，而橡膠的特點(diǎn)是分子鏈運(yùn)動(dòng)能力隨著溫度的降低而逐漸減弱。因此，制備雪地胎的膠料要求具有較好的抗低溫變硬能力，以保證在低溫環(huán)境中有足夠的抓地力。由表7可以看出，隨著測(cè)試溫度降低，生產(chǎn)配方和試驗(yàn)配方的邵爾A硬度都逐漸增加，但試驗(yàn)配方的增加幅度較生產(chǎn)配方的??；且同一測(cè)試溫度下，試驗(yàn)配方的硬度均低于生產(chǎn)配方2左右，表明使用SSBR1550S的胎面膠抗低溫變硬能力有所提高。

表6 力學(xué)性能

表7 不同溫度下的硬度及差值

2.5 彈性和磨耗

制成的硫化膠的回彈性和磨耗體積見(jiàn)表8所示。

表8 彈性和磨耗性能

由表8可以看出，與生產(chǎn)配方相比，試驗(yàn)配方的回彈性略有提高；阿克隆磨耗體積降低5%。表明使用SSBR1550S的胎面膠的彈性和耐磨耗性能均有提高。

2.6 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

采用動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀對(duì)制成的硫化膠進(jìn)行溫度掃描（應(yīng)變1%，頻率3 Hz，溫度-60～80 ℃），損耗因子分析結(jié)果如表9所示。

表9 不同溫度的硬度值及相對(duì)差

損耗因子是橡膠材料黏彈性的表征，也常用來(lái)預(yù)測(cè)胎面膠的抗?jié)窕蜐L動(dòng)阻力等特性。低溫條件損耗因子高則預(yù)示著該膠料擁有較好的抗?jié)窕阅?，高溫條件損耗因子低則預(yù)示著該膠料擁有較低的滾動(dòng)阻力。由表9可以看出，與生產(chǎn)配方相比，試驗(yàn)配方-20 ℃下?lián)p耗因子提升15%，0 ℃下?lián)p耗因子提升6%，60 ℃下?lián)p耗因子改善7%。這表明使用SSBR1550S的胎面膠，抗?jié)窕阅苡兴岣撸苽涞妮喬ゾ哂懈玫臐褡サ亓?，輪胎的操控安全性高，同時(shí)具有較低的滾動(dòng)阻力，輪胎的油耗更低。

2.7 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料各項(xiàng)性能如表10所示。

表10 不同溫度的硬度值及相對(duì)差

(續(xù)表)

從表10可以看出，大配合試驗(yàn)?zāi)z料性能與實(shí)驗(yàn)室小試結(jié)果基本一致，試驗(yàn)配方綜合性能略優(yōu)。

2.8 成品輪胎性能

采用試驗(yàn)配方制備規(guī)格為175/70 R14 SW61的輪胎，成品輪胎外觀檢測(cè)和UF/DB檢測(cè)均符合出廠要求。成品輪胎性能測(cè)試結(jié)果如表11 所示。

表11 成品輪胎性能

從表11可以看出，兩個(gè)配方的輪胎高速性能和耐久性能測(cè)試結(jié)果大致相當(dāng)，均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；采用試驗(yàn)配方的輪胎滾動(dòng)阻力更低，輪胎強(qiáng)度更高，表明試驗(yàn)配方的成品輪胎性能較好。

3 結(jié) 論

(1) 與生產(chǎn)配方相比，使用SSBR1550S的胎面混煉膠黏度增大，加工性能變差，但操作安全性變化不大，同時(shí)硫化效率有大幅提高。

(2) 與生產(chǎn)配方相比，使用SSBR1550S的胎面膠力學(xué)性能變化不大，抗低溫變硬能力、回彈性能、耐磨耗性能、抗?jié)窕阅芫兴岣?，同時(shí)滾動(dòng)阻力有所降低。

(3) 與生產(chǎn)配方相比，試驗(yàn)配方的成品輪胎性能略優(yōu)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 崔彥君，張華強(qiáng)，崔英，等.耐低溫溶聚丁苯橡膠的合成與性能[J].合成橡膠工業(yè)，2016,39（3）:173-177.

[2] 陳勇，董世春，王寶江.半鋼雪地輪胎胎面膠配方的改進(jìn)[J].輪胎工業(yè)，2016,26（2）:97-100.

[責(zé)任編輯：朱 胤]

TQ 336.1

B

1671-8232(2017)08-0027-05

2017-05-18

中國(guó)石油天然氣股份有限公司科技管理部（2014A-2808）。

趙洪國(guó)（1981— ），碩士，工程師，主要從事橡膠加工方面的技術(shù)開(kāi)發(fā)工作。