杜仲橡膠在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

何子鋒，吳晨靜，馬 勇，韓海光，米彥青，朱滕鵬，溫秀燕

（山東玲瓏輪胎股份有限公司 北京玲瓏研究分院，北京 101102）

杜仲橡膠產(chǎn)自于我國(guó)特有的一種經(jīng)濟(jì)作物——杜仲樹，其化學(xué)成分是反式1，4-聚異戊二烯，與天然橡膠（NR）順式1，4-聚異戊二烯是同分異構(gòu)體，但是它們的性質(zhì)大不相同[1-2]。杜仲橡膠在室溫下是皮革狀的堅(jiān)韌物質(zhì)，生膠在10 ℃時(shí)結(jié)晶，40～50 ℃開始表現(xiàn)出彈性，65 ℃開始軟化，這些性質(zhì)使其在常溫下為硬質(zhì)塑料狀態(tài)，只能當(dāng)作塑料的替代品或熱塑性彈性體使用，應(yīng)用范圍十分有限。

研究人員采用共混方式[3-7]研究了杜仲橡膠對(duì)復(fù)合材料物理性能的影響。朱峰等[8]研究發(fā)現(xiàn)杜仲橡膠膠料具有良好的包輥性，摻用杜仲橡膠的膠料定伸應(yīng)力提高，滾動(dòng)阻力和壓縮生熱降低，耐疲勞性能優(yōu)異，耐磨性能和干濕路面摩擦因數(shù)保持較高水平，即輪胎三大行駛性能間有較好的綜合平衡。因此，開展杜仲橡膠與其他品種橡膠共混物的研究具有很大價(jià)值[9-11]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)對(duì)杜仲橡膠在輪胎中應(yīng)用的研究報(bào)道相對(duì)較少。

為了給杜仲橡膠在輪胎胎面膠中應(yīng)用提供有效的參考，本工作從兩個(gè)角度著手研究杜仲橡膠在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用，一是在胎面膠中直接添加杜仲橡膠；二是在胎面膠中用杜仲橡膠等量替代NR。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

杜仲橡膠，山東玲瓏輪胎股份有限公司產(chǎn)品；NR，煙膠片，中化國(guó)際（控股）股份有限公司提供。

1.2 配方

試驗(yàn)配方見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝。一段混煉采用密煉機(jī)，混煉工藝為：生膠→小料→炭黑→排膠（160℃）；二段混煉采用開煉機(jī)，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→排膠（低于95 ℃）。

試樣采用平板硫化機(jī)硫化，硫化條件為151℃×30 min。

1.5 性能測(cè)試

膠料各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 直接添加杜仲橡膠

2.1.1 硫化特性

膠料的硫化特性見(jiàn)表2。

表2 直接添加杜仲橡膠膠料的硫化特性

從表2可以看出：加入杜仲橡膠后，膠料的門尼粘度增大，門尼焦燒時(shí)間略有延長(zhǎng)；隨著杜仲橡膠用量的增大，t90略有延長(zhǎng)，F(xiàn)max－FL呈減小趨勢(shì)，即交聯(lián)密度減小，這是由于杜仲橡膠結(jié)構(gòu)中含有雙鍵，可參與到交聯(lián)反應(yīng)中，消耗了一部分促進(jìn)劑和硫黃。

2.1.2 物理性能

針對(duì)以往傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)象，主要圍繞平面表達(dá)方式展開，數(shù)據(jù)大都通過(guò)離散形式在不同圖紙和數(shù)據(jù)表格中得以體現(xiàn)，在開展實(shí)際工作時(shí)，需要在這些圖紙和表格中提取數(shù)據(jù)，這無(wú)疑會(huì)增加工作壓力。基于此，如果將設(shè)計(jì)過(guò)程中的表達(dá)對(duì)象轉(zhuǎn)換成三維形式，集中整合這些離散的數(shù)據(jù)，構(gòu)建統(tǒng)一的工作數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的無(wú)縫對(duì)接，進(jìn)而減少數(shù)據(jù)提取工作的壓力。

硫化膠的物理性能見(jiàn)表3。

表3 直接添加杜仲橡膠硫化膠的物理性能

從表3可以看出，隨著杜仲橡膠用量的增大，硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力呈減小趨勢(shì)，抗切割指數(shù)先減小后增大，拉伸強(qiáng)度和回彈值變化不大，拉斷伸長(zhǎng)率呈增大趨勢(shì)，這可能是由于硫化膠的交聯(lián)密度小造成的。

從表3還可以看出，隨著杜仲橡膠用量的增大，老化后硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力和DIN磨耗指數(shù)呈減小趨勢(shì)，回彈值和拉伸強(qiáng)度變化不大，老化后物理性能變化趨勢(shì)與老化前基本一致。加入杜仲橡膠后，硫化膠老化后定伸應(yīng)力變化率增大，這可能是杜仲橡膠結(jié)晶受膠料交聯(lián)密度影響的緣故。

2.1.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

不同溫度下膠料的損耗因子（tanδ）見(jiàn)表4。

表4 直接添加杜仲橡膠膠料的tanδ

從表4可以看出，隨著杜仲橡膠用量的增大，膠料0和25 ℃時(shí)的tanδ先增大后減小，但均大于未添加杜仲橡膠的膠料，60 ℃時(shí)的tanδ變化不大，表明隨著杜仲橡膠用量的增大，膠料的抗?jié)窕阅芟忍岣吆笙陆担瑵L動(dòng)阻力變化不大。

2.2 杜仲橡膠等量替代NR

2.2.1 硫化特性

膠料的硫化特性見(jiàn)表5。

表5 杜仲橡膠等量替代NR膠料的硫化特性

從表5可以看出，隨著杜仲橡膠用量的增大，膠料的門尼粘度呈增大趨勢(shì)，t90基本呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，F(xiàn)max－FL先增大后減小，當(dāng)杜仲橡膠用量為10和15份時(shí)，膠料的Fmax－FL已小于不添加杜仲橡膠的膠料，可以推測(cè)杜仲橡膠會(huì)降低材料的交聯(lián)密度。

2.2.2 物理性能

硫化膠的物理性能見(jiàn)表6。

表6 杜仲橡膠等量替代NR硫化膠的物理性能

由表6可知：替代后隨著杜仲橡膠用量的增大，硫化膠的硬度、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力呈減小趨勢(shì)，拉斷伸長(zhǎng)率、回彈值、DIN磨耗指數(shù)和抗切割指數(shù)呈增大趨勢(shì)，拉伸強(qiáng)度變化較??；替代后隨著杜仲橡膠用量的增大，硫化膠老化后的硬度和拉斷伸長(zhǎng)率呈增大趨勢(shì)，拉伸強(qiáng)度和DIN磨耗指數(shù)先增大后減小，100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力呈減小趨勢(shì)，回彈值和抗切割指數(shù)變化不大；杜仲橡膠等量替代NR后，硫化膠老化后的100%定伸應(yīng)力變化率、300%定伸應(yīng)力變化率和DIN磨耗指數(shù)變化率均增大，而拉伸強(qiáng)度變化率、拉斷伸長(zhǎng)率變化率和回彈值變化率趨于減小，抗切割指數(shù)變化不大，老化后物理性能變化趨勢(shì)與老化前不完全一致。

2.2.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

不同溫度下膠料的tanδ見(jiàn)表7。

表7 杜仲橡膠等量替代NR膠料的tanδ

從表7可以看出，杜仲橡膠等量替代NR后，膠料0 ℃時(shí)的tanδ增大，25 ℃時(shí)的tanδ變化無(wú)明顯規(guī)律，60 ℃時(shí)的tanδ減小，說(shuō)明替代后膠料的抗?jié)窕阅芴岣?，滾動(dòng)阻力下降。

3 結(jié)論

（1）在胎面膠中直接添加杜仲橡膠，膠料的門尼粘度增大，門尼焦燒時(shí)間略有延長(zhǎng)；隨著杜仲橡膠用量的增大，t90略有延長(zhǎng)，F(xiàn)max－FL呈減小趨勢(shì)，硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力呈減小趨勢(shì)，抗切割指數(shù)先減小后增大，拉伸強(qiáng)度和回彈值變化不大，拉斷伸長(zhǎng)率呈增大趨勢(shì)，老化后物理性能變化趨勢(shì)與老化前基本一致；膠料0和25 ℃時(shí)的tanδ先增大后減小，但均大于未添加杜仲橡膠的膠料，60 ℃時(shí)的tanδ變化不大，表明膠料的抗?jié)窕阅芟忍岣吆笙陆担瑵L動(dòng)阻力變化不大。

（2）將杜仲橡膠等量替代NR，隨著杜仲橡膠用量的增大，膠料的門尼粘度呈增大趨勢(shì)，t90基本呈延長(zhǎng)趨勢(shì)，F(xiàn)max－FL先增大后減??；硫化膠的硬度、100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力呈減小趨勢(shì)，拉斷伸長(zhǎng)率、回彈值、DIN磨耗指數(shù)和抗切割指數(shù)呈增大趨勢(shì)，拉伸強(qiáng)度變化較小，老化后物理性能變化趨勢(shì)與老化前不完全一致；膠料0 ℃時(shí)的tanδ增大，25 ℃時(shí)的tanδ變化無(wú)明顯規(guī)律，60 ℃時(shí)的tanδ減小，表明膠料的抗?jié)窕阅芴岣?，滾動(dòng)阻力下降。