抗濕滑樹脂對胎面膠性能的影響

孫冰冰，李彥果，馬玉凈，邢 濤，陳雪梅

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠 265400）

在輪胎行業技術發展的歷程中，滾動阻力和抓著力水平是輪胎重要的性能指標。在輪胎行駛過程中，其50%的滾動阻力來自于胎面部位。在輪胎所有部件中，胎面是唯一與地面產生接觸的位置，輪胎與路面的相互作用均由胎面進行傳遞，因此輪胎胎面膠抓著性能的提升和滾動阻力的降低至關重要。

在歐盟輪胎標簽法發布后，日本、韓國和美國等國家也陸續制定了相應的標簽法等級，進一步規范進口或本國輪胎性能水平，提高了對輪胎抓著力水平和滾動阻力性能的要求。

研究表明，在胎面膠中應用抗濕滑樹脂有利于提升輪胎的抓著性能，但會對滾動阻力產生不利影響[1-8]。

本工作研究不同類型的抗濕滑樹脂對白炭黑填充胎面膠滾動阻力和抗濕滑性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石油天然氣股份有限公司產品；溶聚丁苯橡膠（SSBR），牌號2550，LG化學有限公司產品；炭黑N330，上海安侖化工有限公司產品；高分散性白炭黑，福建正盛無機材料股份有限公司產品；硅烷偶聯劑Si75，江西宏柏新材料股份有限公司產品；環保芳烴油（TDAE），寧波漢圣化工有限公司產品。

1.2 配方

配方1：BR 30，SSBR2550 70，炭黑N330 10，高分散性白炭黑 80，硅烷偶聯劑Si75 6.4，TDAE 10，防護體系 6，其他 10。

配方2—5分別以抗濕滑樹脂C5、C9、改性苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯（MS）樹脂和氫化雙環戊二烯（DCPD）樹脂等量替代TDAE，其他組分及用量同配方1。

1.3 主要設備和儀器

GK1.5N型密煉機，德國克虜伯公司產品；Φ160 mm×320 mm開煉機，煙臺橡膠機械廠產品；MDR2000型無轉子硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產品；P-200-2PCD型平板硫化機，中國臺灣磐石油壓工業股份有限公司產品；DKD-K-16801型自動硬度計，德國Bareiss公司產品；CMT-4503型電子拉力試驗機，深圳新三思材料有限公司產品；5109型彈性試驗儀，德國Zwick公司產品；GT-7012-D型磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；Eplexor500N型動態粘彈譜分析（DMA）儀，德國GABO公司產品。

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料均采用3段混煉工藝，一段和二段混煉為非生產性混煉，在GK1.5N型密煉機中進行；三段混煉為生產性混煉，在開煉機上進行。

一段混煉工藝為：加入生膠（30 s，轉子轉速為80 r·min-1）→加入白炭黑、分散劑ST、偶聯劑Si75和樹脂→提壓砣→壓壓砣至125 ℃（轉子轉速為60 r·min-1）→提壓砣、145 ℃恒溫90 s排膠，在開煉機上過輥冷卻后停放4 h。

二段混煉工藝為：加入一段混煉膠（30 s，轉子轉速為70 r·min-1）→加入防老劑、硬脂酸和炭黑→提壓砣→壓壓砣至125 ℃→150 ℃排膠，在開煉機上過輥冷卻后停放4 h。

三段混煉工藝為：按照GB/T 6038—2006進行開煉機混煉。

終煉膠停放12 h后，在平板硫化機上進行硫化，硫化條件為151 ℃×30 min。

1.5 性能測試

膠料的DMA測試條件為：溫度－60～80℃，頻率 10 Hz，應變 0.25%，升溫速率 2℃·min-1。

膠料的硫化特性和物理性能測試均按照相應的國家標準進行。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

膠料的硫化特性如表1所示。

表1 膠料的硫化特性

由表1可見：使用不同類型的樹脂均可以提高終煉膠的門尼粘度，縮短門尼燒焦時間，并對硫化速度無明顯影響；使用氫化DCPD樹脂（配方5）膠料的門尼粘度最高，使用改性MS樹脂（配方4）膠料其次，使用C5樹脂（配方2）和C9樹脂（配方3）膠料的門尼粘度接近；使用不同種類樹脂膠料的門尼焦燒時間在同一水平；使用DCPD樹脂可以提高膠料的Fmax，FL和Fmax－FL。

2.2 物理性能

硫化膠的物理性能如表2所示。

表2 硫化膠的物理性能

從表2可以看出：相比于配方1硫化膠，使用C5樹脂（配方2）硫化膠的邵爾A型硬度、拉伸強度和拉斷伸長率提高；使用氫化DCPD樹脂（配方5）硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應力和300%定伸應力最大，可有效改善膠料的操控性能；使用改性MS樹脂（配方4）硫化膠的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度最高。由此可以看出，使用氫化DCPD或改性MS樹脂可明顯改善硫化膠的物理性能。

2.3 動態力學性能

膠料的DMA曲線如圖1所示，tanδ為損耗因子。

圖1 膠料的DMA曲線

濕地抓著性能是輪胎重要的性能之一，在頻率1～100 Hz范圍內0 ℃時的tanδ可用于表征膠料的濕地抓著性能，其數值越大，濕地抓著性能越好；60 ℃時的tanδ可用于表征膠料的滾動阻力，其數值越小，滾動阻力越低[9-10]。由圖1可以看出，使用樹脂膠料0 ℃時的tanδ增大，即濕地抓著性能提升，但60 ℃時的tanδ也增大，即滾動阻力性能變差。在配方2—5中，使用C5樹脂（配方2）和C9樹脂（配方3）后，膠料的濕地抓著性能提升，但滾動阻力性能下降；使用氫化DCPD樹脂（配方5）的膠料具有最優的0 ℃的tanδ和60 ℃的tanδ值，可綜合提升膠料的濕地抓著力和滾動阻力性能；使用改性MS樹脂（配方4）與使用氫化DCPD樹脂（配方5）的膠料動態性能接近。

2.4 耐磨性能

配方1—5膠料的DIN磨耗指數分別為116，132，132，126和123。由此可以看出：使用樹脂可以提高膠料的耐磨性能；使用C5和C9樹脂（配方2和3）膠料的DIN磨耗指數一致，耐磨性能最優；使用改性MS樹脂和氫化DCPD樹脂（配方4和5）膠料的耐磨性能相對較差。

3 結論

（1）以抗濕滑樹脂替代TDAE，膠料的門尼粘度提高，門尼焦燒時間略縮短。

（2）使用氫化DCPD或改性MS樹脂可明顯改善硫化膠的物理性能，使用C5和C9樹脂膠料的耐磨性能最優。

（3）使用抗濕滑樹脂等量替代TDAE可以改善膠料的濕地抓著性能，但滾動阻力性能降低。氫化DCPD樹脂膠料的抗濕滑性能和滾動阻力綜合性能最優，改性MS樹脂與氫化DCPD樹脂基本在同一水平，在改善濕地抓著性能的同時，滾動阻力性能變化最小。