几种不同溶聚丁苯橡胶胎面胶使用性能之比较

江畹兰 编译

（华南理工大学材料学院, 广东 广州 510641）

几种不同溶聚丁苯橡胶胎面胶使用性能之比较

江畹兰 编译

（华南理工大学材料学院, 广东 广州 510641）

论述了用几种不同的溶聚丁苯橡胶（S-SBR）制成的胎面胶对比试验结果。文中指出改善轿车轮胎外胎生产面貌所要求的工艺性能是有可能达到的。

胶料；胎面胶；轮胎；溶聚丁苯橡胶

现代全季节航空轮胎胎面胶一般系由溶聚丁苯橡胶，且主要是丁二烯含量高的溶聚丁苯橡胶（S-SВR），经配合了沉淀白炭黑后制备的。尽管现代合成橡胶工业已经取得了相当的成就，但在俄罗斯市场上要找到这种橡胶，并不是那么容易。所以生产和应用S-SВR的任务乃十分迫切。将此类橡胶用作胎面胶，乃与20世纪后半叶提出的《绿色轮胎》的理念相吻合。其第一要求是环保和人身安全，其次是节省能源消耗，以及降低轮胎滚动阻力，高路面抓着性及良好的耐磨性能。

在欧盟，对轮胎提出的多项要求（决定了汽车在道路上行驶的状态）已迫在眉睫。欧盟从2012年12月起，要求在欧盟国家销售的轮胎，必须打上统一的标记。标记将鲜明地反映出轮胎的主要特征：对湿滑路面的抓着力，燃油消耗程度及噪音高低等等。

文中罗列了由不同厂家生产的、由几种溶聚丁苯橡胶制备的胎面胶料对比试验结果：ДССК 2560 М27；ДССК 2560[俄罗斯伏龙涅芝（ВОРОНЕЖ）合成橡胶厂生产]； Вunа VSL 5025-2НМ[朗盛(Lаnхеss)公司生产，德国]；SЕSLR 4630[史泰隆（Styrоn）公司生产，德国]。结果表明，尼兹涅卡姆斯克（Нижнекамск）轮胎厂生产的轿车轮胎胎面胶的消耗指标和工艺性能得到了全面的改善。为了证明胶料的实验室试验结果，还列出了成品轮胎的试验数据。

选择用阴离子聚合法生产的、含1,2-链段达60%以上的溶聚丁苯橡胶作为研究对象。几种生胶的特性列于表1。

将研究胶料与用于轮胎批量生产的ДССК 2560 М27胶料进行了对比。

用凝胶渗透色谱法，在液相色谱仪《Аlliаnсе GРСV-2000》[美国沃特（wаtеr）公司生产]上研究了生胶的分子特性；再用红外光谱法测定了溶聚丁苯橡胶的微观结构。

按照国际标准（ISО）2939，在密炼机Intеrmiх 5Е（德国НР集团公司产）中制备了胶料。密炼机室的容积为5000 сm3。密炼过程按现行的工业生产配方分三段进行。胶料在155 ℃温度下硫化30 min，硫化压力为800 МРа。硫化设备为Wiсkеrt WLР 1600S（德国制）硫化机。用МV-2000（德国产）黏度仪按原苏联标准ГОСТ-10722测定了胶料的门尼黏度。用流变仪RРА（Аlрhа Тесhnоlоgiеs公司产，英国）评估了填料分散度、胶料的滞后性和工艺。

表1 几种S-SBR橡胶的特性

所研究的胶料的硫化特性，按美国标准АSТМ D 6204-01用МDR 2000仪（德国制）测定，按ГОСТ269测定了试样的力学性能。

分析表1中的数据，大致上可以确定所研究的橡胶的结构特征接近于ДССК 2560 М27生胶，但它们对胶料工艺性能的影响则有所不同。

硫化动力学研究表明，1、2、3号配方胶料的焦烧时间均缩短，胶料（2）与（3）多少有点焦烧倾向，胶料（3）的硫化指数值最低，超过对比胶料。获得的数据证明，使用SЕSLR 4630生胶（3号胶料）时，胶料硫化速率增大，这可以由达到50%及90%硫化程度的时间予以证明。表2列示了胶料的黏弹性。使用ДССК 2560和Вunа 5025-2 НМ生胶时，可显著降低能量损耗，即减小损耗角正切（tg δ）。由此可见，与批量工业化生产的胶料和胶料（3）相比，胶料（1）及胶料（2）更为环保。

图1中的贝依纳（Пейна）测定效应表明，在使用ДССК 2560及Вunа 5025-2НМ生胶的胶料中，填充剂的分散性最好。随着作用于试样上的变形幅度的增大，弹性模量的变化幅度减小。这是由于生胶-填充剂相互作用及分子量的变化程度最小所致，这也就证实了图1中的所示。当热机械作用施加于SSВR时，在某些分子链段内会发生复杂的内部分子重新排列，直到产生顺式-反式异构化为止，结构的规整性被破坏并生成了支链。此时生胶的分子量不变。

表2 胎面胶料及硫化胶测试结果

图1 100 ℃下（形变0.7%～2.8%）几种胎面胶中填料分散度之评估

由表2可知，用生产配方中使用的未充油ДССК 2560、Вunа 5025-2НМ、SЕSLR 4630取代ДССК 2560 М27，胶料转矩及黏度都会升高，这可能是沉淀白炭黑（ОКН）在 ДССК 2560胶料中分散不良所致。该胶料复杂的动态模量弹性分量G'1%值增高证明了这一点（见图1）。G'1%可以反映混炼的质量，同时，转矩S'450%值低，表征了硅烷结构的分解程度（见图2）。

图2 转矩与胎面胶变形的关系

聚合物的分子结构，在很大程度上决定了聚合物的流变性能及胶料加工时的工艺行为。有鉴于此，生胶ДССК 2560 М27及SЕSLR 4630狭窄的分子量分布及高分子量，会使生产胎面用对比胶料和3#胶料黏度增高，混炼质量下降。生胶ДССК 2560 М27及Вunа 5025-2НМ的分子量分布及分子量性状相似，但性能却各异，这可能是它们的近程构型和远程构型（微嵌段的交替规整性或它们的统计分布）不同所致。

评估了硫化胶的力学性能后可以得出，使用生胶ДССК 2560及Вunа 5025-2НМ[胶料（1）及胶料（2）]可使胶料的强度提高，撕裂强度、抗疲劳性能及耐磨耗性能也都有所改善。使用生胶SЕSLR 4630（胶料3）则使胶料的强度及抗疲劳性能下降，与此同时生热也加剧。

热老化试验表明，胶料1及胶料2随加热时间增加，其性能变化缓慢，且优于对比胶料及胶料3。所研究的胎面胶的预估使用性能表明，它们的耐磨性、在干、湿路面上的抓着性总体上有所改善（见图3、4）。

图3 胎面胶耐磨性试验结果

在尼兹涅卡姆斯克轮胎厂对轮胎195/65R15进行了生产性试验，即用生胶Вunа 5025-2НМ及SЕSLR 4630取代生胶ДССК 2560 М27生产轮胎。表2上示出了轮胎滚动阻力台架试验数据。使用生胶Вunа 5025-2НМ可使滚动阻力降低7.25%。在降低滚动阻力的同时，还要减少生热。这样，轮胎的使用寿命会延长，燃油消耗也会降低。

图4 胎面胶在湿滑路面上的抓着性测定试验结果

综上所述，以上所进行的研究表明，具有类似的微观结构及宏观结构的几种溶聚丁苯橡胶，对其胎面胶使用性能的影响具有不同的特点。在胶料生产配方中，用等量的ДССК 2560及Вunа 5025-2НМ生胶取代ДССК 2560 М27生胶，可以改善胶料的撕裂性能、抗疲劳性能及滞后损失，从总体上改善耐磨性、在干燥及湿滑路面上的抓着性。这样，就可降低滚动阻力，减少燃油消耗。

文中所阐述的二种溶聚丁苯橡胶（ДССК 2560 М27和Вunа 5025-2НМ）混炼性能、工艺性能及使用性能上的差异，都是由于其流变性能的不同所致，而后者又取决于分子结构特性及超分子结构。要确立这些性能与生胶及胶料特性之间的相互关系，看来尚需要进一步加强研究，以获得溶聚丁苯橡胶的最佳性能。正是这种溶聚丁苯橡胶能够确保其硫化胶的技术指标与工艺性能之间，保持最佳平衡。

[1] А.С. Новикова等. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПРОТЕК-ТОРНЫХ РЕЗИН НА ОСНОВЕ РАСТВОРНЫХ БУТАДИЕН-СТИРОЛЬНЫХ КАУЧУКОВ[J]. ПШРП. 2012(2):32-36.

[责任编辑：张启跃]

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1671-8232(2015)06-0016-04

2014-01-03

江畹兰（1934 — ），女，湖北省仙桃市人。1960年毕业于前苏联莫斯科罗蒙诺索夫精细化工学院。现任华南理工大学教授，从事聚合物结构与变化的研究。