防焦劑CTP對巰基硅烷Si747改性白炭黑膠料性能的影響

董興旺，劉 超，劉 輝，王丹靈

（中策橡膠集團股份有限公司，浙江 杭州 310008）

輪胎是汽車不可缺少的部件，汽車生產(chǎn)企業(yè)的研發(fā)人員在挑選適配輪胎時，對輪胎的滾動阻力和能耗要求越來越高。為降低輪胎滾動阻力，輪胎配方工程師們采用了許多方法，如在胎面膠配方的開發(fā)過程中通過各種方式降低膠料的生熱，例如使用白炭黑、改性溶聚丁苯橡膠（SSBR）、硅烷偶聯(lián)劑、功能樹脂以及其他助劑等來降低膠料的滯后損失，從而降低輪胎的滾動阻力[1-2]。

近年來，輪胎配方工程師們采用巰基硅烷Si747降低添加白炭黑的胎面膠的生熱。但是由于巰基的化學(xué)活性高，巰基硅烷與白炭黑在硅烷化過程中，容易釋放出硫并與橡膠的雙鍵發(fā)生早期交聯(lián)[3-4]。因此，保證巰基硅烷Si747與白炭黑的硅烷化反應(yīng)，同時巰基硅烷Si747與橡膠之間不發(fā)生或減少發(fā)生早期交聯(lián)成為輪胎配方工程師們的一個重要研究課題。

本工作主要研究防焦劑CTP對巰基硅烷Si747改性白炭黑膠料性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

SSBR1453和SSBR2466，臺橡股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N234，上海卡博特化工有限公司產(chǎn)品；白炭黑1165MP，索爾維精細化工添加劑（青島）有限公司產(chǎn)品；巰基硅烷Si747，江蘇麒祥化工有限公司產(chǎn)品；防焦劑CTP，山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品；硫黃，牌號S200-10S，無錫華盛橡膠新材料科技股份有限公司產(chǎn)品；促進劑CBS，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品；促進劑DPG，科邁化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：SSBR1453 35，SSBR2466 65，炭黑N234 15，白炭黑1165MP 80，環(huán)保油V700 21，巰基硅烷Si747 8.5，硫黃 1.8，促進劑CBS 2，促進劑DPG 2.5，其他 22.5。

試驗配方添加0.5份防焦劑CTP，配方其余組分和用量同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

SK-160型開煉機，上海橡膠機械制造廠有限公司產(chǎn)品；1.5 L切線型密煉機，青島測控科技有限公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；GT-M2000型硫化機、GT-TS-2000-M型電子拉力機和GT-7012-D型DIN磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；VR-7120型動態(tài)力學(xué)性能分析（DMA）儀，日本上島制作所產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

試驗配方與生產(chǎn)配方膠料均采用3段混煉工藝，混煉設(shè)備采用1.5 L切線型密煉機，填充因數(shù)為0.65，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1。

一段混煉工藝：SSBR1453和SSBR2466→塑煉30 s→白炭黑1165MP、巰基硅烷Si747、防焦劑CTP等→壓壓砣至110 ℃→提壓砣→清掃→壓壓砣至135 ℃→恒溫200 s→排膠→在開煉機上出片→停放24 h。

二段混煉工藝：一段混煉膠→壓壓砣至125℃→提壓砣→清掃→壓壓砣至130 ℃→恒溫100 s→排膠→在開煉機上出片→停放24 h。

三段混煉工藝：二段混煉膠→硫黃、促進劑CBS和促進劑DPG→壓壓砣至105 ℃→提壓砣→清掃→壓壓砣至105 ℃→排膠→在開煉機上出片→停放24 h，待用。

終煉膠在平板硫化機上硫化，試片厚度為2 mm，硫化條件為165 ℃×15 min。

1.5 性能測試

（1）Payne效應(yīng)：采用橡膠加工分析儀測試硫化膠的儲能模量（G′），應(yīng)變范圍為0.28%～42%，用表征白炭黑的分散程度，ΔG′越小，白炭黑分散越好[3]。

（2）動態(tài)力學(xué)性能：DMA測試條件為頻率 20 Hz，預(yù)應(yīng)變 7%，溫度范圍－40～80 ℃，動應(yīng)變0.25%。

（3）其他性能均按相應(yīng)的國家標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

混煉膠的硫化特性如表1所示。

從表1可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，加入防焦劑CTP的試驗配方膠料的門尼焦燒時間和t90延長，F(xiàn)L和Fmax略有減小，硫化速率降低。

表1 混煉膠的硫化特性

2.2 Payne效應(yīng)

硫化膠的G′-應(yīng)變（ε）關(guān)系曲線見圖1。

測試結(jié)果顯示，試驗配方和生產(chǎn)配方膠料的ΔG′分別為615和674 MPa，表明試驗配方膠料的Payne效應(yīng)弱于生產(chǎn)配方膠料，白炭黑分散性更好。由此可知，在試驗配方中加入防焦劑CTP，在混煉過程中能夠延緩巰基硅烷Si747的巰基與橡膠發(fā)生早期交聯(lián)，使得白炭黑與巰基硅烷Si747的硅烷化反應(yīng)更徹底[5]。

2.3 物理性能

硫化膠的物理性能如表2所示。

從表2可以看出：老化前，試驗配方膠料的硬度、拉伸強度、拉斷伸長率與生產(chǎn)配方膠料相當(dāng)，撕裂強度略有提升，耐磨性能較優(yōu)；老化后，試驗配方膠料的硬度與生產(chǎn)配方膠料相當(dāng)，但拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度都高于生產(chǎn)配方膠料，耐磨性能依然較好。

表2 硫化膠的物理性能

2.4 動態(tài)力學(xué)性能

一般來說，硫化膠0 ℃的損耗因子（tanδ）越大，表示輪胎的濕地抓著性能越好，60 ℃的tanδ越小，表示輪胎的生熱越低。

硫化膠的tanδ與溫度的關(guān)系曲線如圖2所示，動態(tài)力學(xué)性能如表3所示。

表3 硫化膠的動態(tài)力學(xué)性能

從圖2和表3可以看出，試驗配方硫化膠0和60℃的tanδ與生產(chǎn)配方硫化膠相差不大，說明二者的濕地抓著性能和生熱性能相當(dāng)。這表明在試驗配方膠料混煉過程加入防焦劑CTP，對輪胎的濕地抓著性能和生熱性能無明顯不利影響。

3 結(jié)論

在巰基硅烷Si747與白炭黑硅烷化反應(yīng)過程中，加入防焦劑CTP，能夠延緩巰基與橡膠的早期交聯(lián)，使白炭黑與巰基硅烷Si747的硅烷化反應(yīng)更徹底，巰基硅烷與白炭黑分散均勻，降低膠料的Payne效應(yīng)；能夠改善老化前后膠料的物理性能和耐磨性能，對輪胎的濕地抓著性能和生熱性能無不利影響。