炭黑補強ESBR1502/SSBR2466并用膠的性能研究

馬秀菊，付友健，徐 藝，倪淑杰

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

橡膠復合材料研究中存在滾動阻力、抗濕滑性能和耐磨性能三大性能平衡問題，被稱之為“橡膠魔三角”[1]。乳聚丁苯橡膠（ESBR）具有較好的耐磨性能和回彈，但抗濕滑性能較差。溶聚丁苯橡膠（SSBR）具有低滾動阻力、低生熱、高抗濕滑性能，但其加工性能和彈性不佳[2-3]。為了改善SSBR的加工性能，通常將其與天然橡膠和順丁橡膠共混以獲得合適的性能[4-8]，但SSBR與不同用量和不同微觀結構的ESBR共混的研究較少。

本工作對炭黑補強ESBR1502/SSBR2466并用膠的性能進行研究，以期為輪胎胎面膠的優化提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

ESBR，牌號為1502，中國石化齊魯石油化工有限公司產品；SSBR，牌號2466，臺橡股份有限公司產品；炭黑，牌號為IRC 4#，寧波德泰化學有限公司產品。

1.2 試驗配方

ESBR/SSBR 100，炭黑 50，環保油 10，氧化鋅 3，硬脂酸 1，硫黃 2，促進劑TBBS 1.5 。

1.3 主要設備和儀器

SBEN160/120-2X型密煉機，德國克虜伯公司產品；LOH-9000型開煉機，泰國LabTech公司產品；MDR2000型無轉子流變儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產品；TIME5420型邵爾A型硬度計，時代集團公司產品；GT-7014H型電熱平板硫化機和GT-AI-7000M型電子拉力機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；Roell5019型回彈儀，德國Zwich公司產品；EPLEXOR 500N型動態粘彈性分析（DMA）儀，德國GABO公 司產 品；AVANCE IIITM 400MHz型核磁共振波譜（NMR）儀，瑞士布魯克集團產品；DSC-1型差示掃描量熱（DSC）儀，瑞士梅特勒-托利多公司產品；PL-GPC50型凝膠滲透色譜（GPC）儀，美國安捷倫科技公司產品。

1.4 試樣制備

膠料混煉分兩段在密煉機中進行。一段混煉加料順序為：ESBR和SSBR→炭黑、環保油、氧化鋅、硬脂酸→排膠。二段混煉加料順序為：一段混煉膠→硫黃和促進劑TBBS→排膠。膠料在開煉機上混煉均勻→薄通6次→下片。

膠料采用電熱平板硫化機硫化，硫化條件為150 ℃×36 min。

1.5 測試分析

（1）微觀結構。采用NMR儀對SSBR的微觀結構進行分析[3]，用1H譜測試苯乙烯、1，2-丁二烯和1，4-丁二烯的質量分數，用13C譜測試順式1，4-丁二烯和反式1，4-丁二烯的質量分數。

（2）熱穩定性能。采用DSC儀分析生膠的熱穩定性能，測試玻璃化溫度（Tg）。

（3）相對分子質量及其分布。采用GPC儀分析生膠的相對分子質量及其分布。

（4）動態力學性能。采用DMA儀在雙懸臂模式下進行溫度掃描，測試條件為：溫度－60～80 ℃，頻 率 10 Hz，升 溫 速 率 2 K·min-1。

（5）膠料其他性能按相應國家標準測定。

2 結果與討論

2.1 ESBR1502和SSBR2466的理化性能

ESBR1502和SSBR2466的理化性能如表1所示。

從表1可以看出：ESBR1502和SSBR2466的微觀結構相差較大，ESBR1502的反式1，4-丁二烯質量分數較大，Tg較低；SSBR2466的1，2-丁二烯質量分數較大，門尼粘度和相對分子質量較大，PDI較小。

表1 ESBR和SSBR的理化性能

2.2 硫化特性

ESBR1502/SSBR2466并用膠混煉膠的焦燒時間和硫化特性見表2。擬合得到的ESBR1502/SSBR2466并用膠混煉膠Fmax－FL，t90－t10和ts1與ESBR1502用量的關系曲線分別見圖1和2。

從表2及圖1和2可以看出：隨著ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用膠混煉膠的Fmax－FL（可以表征交聯密度）呈拋物線增大趨勢，相關因數（R2）為0.920 9；t90－t10呈增大趨勢，R2為0.959 5；ts1在ESBR1502用量為0～20份時呈增大趨勢，在ESBR1502用量為20～100份時呈線性下降趨勢，R2為0.983 6。

表2 混煉膠的硫化特性

圖1 ESBR1502/SSBR2466并用膠混煉膠的Fmax－FL和t90－t10與ESBR1502用量關系的擬合曲線

圖2 ESBR1502/SSBR2466并用膠混煉膠的ts1與ESBR1502用量關系的擬合曲線

2.3 物理性能

ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的物理性能見表3。

從表3可以看出：隨著ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的邵爾A硬度先略微增大后減小，ESBR1502/SSBR2466并用比為50/50時最大；全ESBR1502硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率最大。這是由于ESBR1502/SSBR2466并用后，并用膠的相對分子質量及其分布發生變化所致，拉伸性能受到相對分子質量及其分布的影響。

表3 ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的物理性能

擬合得到的ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠回彈和耐磨性能與ESBR1502用量的關系曲線分別見圖3和4。

從圖3和4可以看出：隨著ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的回彈值呈增大趨勢，R2為0.996 3，具有較好的相關性；DIN磨耗指數呈線性增大趨勢，R2為0.915 4，具有較好的相關性。

圖3 ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的回彈性與ESBR1502用量關系的擬合曲線

圖4 ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的耐磨性能與ESBR1502用量關系的擬合曲線

2.4 動態力學性能

在一定頻率范圍內，可用0 ℃下的損耗因子（tanδ）來表征硫化膠的抗濕滑性能，tanδ越大，硫化膠的抗濕滑性能越好；60 ℃下的tanδ來表征硫化膠的滾動阻力，tanδ越小，硫化膠的滾動阻力越低。0和60 ℃下ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的tanδ見表4。擬合得到的0 ℃下ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠tanδ與ESBR1502用量的關系曲線見圖5。

表4 ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的tanδ

圖5 ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠0 °C的tanδ與ESBR1502用量關系的擬合曲線

從表4和圖5可以看出：隨著ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的抗濕滑性能呈下降趨勢，R2為0.996 5，具有較好的相關性；60 ℃下的tanδ基本一致，即滾動阻力無明顯變化。

3 結論

（1）隨著ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用膠混煉膠的交聯密度增大，硫化速率減小，門尼焦燒時間縮短，硫化特性與ESBR1502用量之間均具有較好的相關性。

（2）全ESBR1502硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率大于ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠，并用膠硫化膠的拉伸性能受到相對分子質量及其分布的影響。

（3）隨著ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的彈性和耐磨性能提高，其與ESBR1502用量之間具有較好的相關性。

（4）隨著ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用膠硫化膠的抗濕滑性能下降，兩者之間具有較好的相關性。