高效模量增強劑在冬季子午線輪胎胎面膠與胎體膠中的應用

張 立，張萬青，魏宣領，戴圣佳，劉振鋒*

（1．浙江巍翔科技集團有限公司，浙江 杭州 310024；2．河南環燕輪胎股份有限公司，河南 浚縣 456250）

在現代橡膠配方設計中，為了滿足輪胎部件特殊的性能要求，通常采用增大補強劑或硫黃用量以及加入補強樹脂等措施來獲得硬度和定伸應力較大的高模量膠料。在輪胎膠料中如果增大補強劑用量，膠料混煉時間延長且生熱升高；如果增大硫黃用量，膠料極易出現噴霜；如果加入補強樹脂，膠料混煉時易發生粘輥，分散性較差[1-2]。因此要制得高模量且物理性能和加工性能良好的膠料實屬不易。

高效模量增強劑是一種以特種結構預縮合絡合物和活性劑為主要成分的多功能助劑，在膠料硫化過程中發生交聯反應，使膠料交聯密度提高，從而顯著提高膠料模量，改善膠料與骨架材料的粘合性能，降低膠料生熱。高效模量增強劑特別適用于制備高模量膠料，如子午線輪胎三角膠、鋼絲隔離膠、胎體膠等[3]。采用高效模量增強劑可以減小補強劑用量，提高輪胎的高速性能和耐久性能。

本工作研究高效模量增強劑在冬季子午線輪胎胎面膠和胎體膠中的應用，探討高效模量增強劑對膠料性能的影響，為其以后的工業化應用提供借鑒。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SVR5，越南產品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化北京燕山石化公司產品；充油丁苯橡膠（SBR），牌號1712，中國石化齊魯石化公司產品；炭黑N220，N330，N660，石家莊新興化碳公司產品；高效模量增強劑，杭州中德化學工業有限公司產品。

1.2 主要設備和儀器

XSM-1型密煉機，威福興機械（上海）有限公司產品；XK160 mm×320 mm型開煉機，廣東省湛江橡膠機械廠產品；45 t平板硫化機，新鄉市橡塑機械有限公司產品；GT-7080-S2型門尼粘度測試儀、GT-M2000-A型無轉子密閉模硫化試驗機和GT-A17000-S型伺服控制電腦系統拉力試驗機，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；阿克隆磨耗試驗機和ST-CN型熱空氣老化箱，南通宏達試驗儀器有限公司產品。

1.3 配方

1.3.1 胎面膠

生產配方：NR/BR/SBR 35/40/25，炭黑N220/N330 60，防護體系 4.5，硫化體系2.55，油 9，其他 17，合計 193.05。

試驗配方：除添加高效模量增強劑（變量）外，其他組分與用量同生產配方。

1.3.2 胎體膠

生產配方：NR/SBR/BR 70/20/10，炭黑N330/N660 42，防護體系 2.5，硫化體系3.2，油 9，其他 20，合計 176.7。試驗配方：除添加3份高效模量增強劑外，其他組分及用量同生產配方。

1.4 試樣制備

膠料混煉分兩段進行。一段混煉在密煉機中進行，密煉機初始溫度為50 ℃，轉子轉速為70 r·min-1，混煉工藝為：生膠→小料→炭黑→油→混煉均勻→排膠。二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進劑和高效模量增強劑→混煉均勻→薄通5次→下片。混煉膠停放16 h后返煉，再停放2 h后硫化。

1.5 性能測試

膠料性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

高效模量增強劑的理化性能見表1。從表1可以看出，高效模量增強劑的理化性能符合企業標準要求。根據高效模量增強劑特性和煉膠設備的工藝性能，高效模量增強劑一般在混煉后期與硫黃一起加入。

表1 高效模量增強劑的理化性能

2.2 高效模量增強劑對胎面膠性能的影響

高效模量增強劑對胎面膠性能的影響見表2。從表2可以看出：與生產配方膠料相比，添加高效模量增強劑的試驗配方膠料門尼粘度增大，門尼焦燒時間t5縮短，Fmax提高，說明高效模量增強劑參與了交聯反應，對膠料的硫化網絡結構產生了強化補充作用，增大了膠料的交聯密度，有利于提高膠料的硬度和定伸應力[1]；試驗配方膠料的拉伸強度變化不大，撕裂強度和耐磨性能降低，這是由于撕裂強度和耐磨性能與膠料的交聯密度有關，隨著交聯密度增大，取向結晶和應力局部集中加劇；試驗配方膠料熱空氣老化后性能變化率較小，表明高效模量增強劑可以提高膠料的耐熱老化性能，這可能是由于高效模量增強劑參與交聯反應后，膠料形成的穩定交聯網絡經高溫老化后仍未發生大的變化，使膠料在熱老化后仍保持較好的物理性能。

表2 高效模量增強劑對胎面膠性能的影響

從表2還可以看出，隨著高效模量增強劑用量增大，膠料的門尼粘度增大，Fmax、硬度與300%定伸應力提高，耐磨性能降低，說明高效模量增強劑參與了交聯反應，形成了穩定的網絡結構，該網絡與膠料網絡穿插滲透、相互作用，生成補充交聯鍵，從而起到增硬補強的作用[2]，但高效模量增強劑用量太大會影響膠料的耐磨性能。綜合來看，高效模量增強劑用量以4份左右為宜。

2.3 高效模量增強劑對胎體膠性能的影響

高效模量增強劑對胎體膠性能的影響見表3。從表3可以看出：與生產配方膠料相比，添加3份高效模量增強劑的試驗配方膠料門尼粘度減小，門尼焦燒時間t5縮短，硫化速度加快，以上變化與胎面膠不同，表明高效模量增強劑能改善胎體膠的流動性和加工性能；試驗配方膠料的Fmax增大，硬度、300%定伸應力和H抽出力明顯提高，耐熱老化性能較好，這也是高效模量增強劑在膠料硫化過程中形成的穩定網絡并與硫化膠交聯網絡構成互穿網絡的緣故[3]。在胎體膠中可以使用高效模量增強劑并減小補強劑用量，從而降低生熱。

表3 高效模量增強劑對胎體膠性能的影響

3 結論

（1）添加高效模量增強劑的胎面膠和胎體膠的硬度和300%定伸應力均明顯提高，說明高效模量增強劑對這兩種膠料都具有良好的補強效果。

（2）添加高效模量增強劑的胎面膠和胎體膠的耐熱老化性能提高。

（3）隨著高效模量增強劑用量增大，胎面膠的門尼粘度增大、硬度和300%定伸應力提高，耐磨性能降低，其用量以4份左右為宜。

（4）添加高效模量增強劑的胎體膠門尼粘度減小，粘合性能提高。

高效模量增強劑適用于NR、SBR、BR和三元乙丙橡膠等膠種，是胎面膠、胎體膠、胎圈膠等的理想模量增強劑，可在輪胎和橡膠制品行業中推廣應用。高效模量增強劑呈粉體狀，在配料時有粉塵飛揚，建議生產廠家對產品進行劑型改造，以便下游企業實現清潔化生產。