Sylvatraxx 4401树脂对半钢子午线轮胎胎面胶性能的影响

赵 菲，房师涛

（青岛科技大学 橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东 青岛 266042）

2010年欧盟对REACH法规作了进一步的修订[1]，规定轮胎配方中禁止使用多环芳烃化合物，这直接导致普通芳烃油的使用受到极大的限制。为满足环保要求，轮胎配方工作者寻求采用以普通芳烃油经分离提纯得到的环保芳烃油，但是由于多元芳烃化合物对轮胎的动态性能有着重要的影响，因此有必要对配方进行重新调整。欧盟轮胎标签法对轮胎的抗湿滑性[2-4]和滚动阻力[5]提出了更严格的要求，应对这一挑战的主要方法是在轮胎胶料中采用白炭黑。白炭黑在胶料中分散困难，使用硅烷偶联剂[6-9]可以很好地解决这一问题。另外一些加工助剂，如树脂的使用[10-11]也为解决这一难题提供了可行的方案。

Sylvatraxx 4401树脂是荷兰Arizona Chemical公司生产的一种芳烃改性的聚萜烯树脂，其软化点为85 ℃，玻璃化温度为43 ℃。本工作研究Sylvatraxx 4401树脂用量对半钢子午线轮胎胎面胶性能的影响，以期为提高白炭黑补强轮胎胎面胶的性能提供一定的参考。

1 实验

1.1 主要原材料

溶聚丁苯橡胶（SSBR），牌号2564A；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石油独山子石化公司产品。Sylvatraxx 4401树脂，荷兰Arizona Chemical公司产品。白炭黑，牌号1165MP，罗地亚白炭黑（青岛）有限公司产品。环保芳烃油，牌号Vivatec 500，德国汉圣集团产品。偶联剂Si69，德国德固赛公司产品。防老剂4020和RD，中国石化集团南京化学工业有限公司化工厂产品。

1.2 试验配方

SSBR 104.5，BR 24，白 炭 黑 60，炭 黑N339 25，氧化锌 3，硬脂酸 2，环保芳烃油4，偶联剂Si69 4.8，防老剂4020 2.5，防老剂RD 1.5，石蜡 1，分散剂 3，叔丁基苯酚甲醛树脂 2，硫黄 2，促进剂CZ 1.75，促进剂DPG 1.5，Sylvatraxx 4401树脂 变量。

1.3 主要设备和仪器

BL-6157型开炼机，宝轮精密检测仪器公司产品；XSM-500型密炼机，上海科创橡塑机械设备有限公司产品；MDR2000型无转子硫化仪、MV2000型门尼粘度测试仪和RPA2000型橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；Z005型电子拉力机，德国Zwick公司产品；HS-100T-RTMO型平板硫化机，佳鑫电子设备科技（深圳）有限公司产品；MH-74型阿克隆磨耗仪，中国台湾高铁科技股份有限公司产品；DMA242C型动态力学分析仪，德国耐驰公司产品；JSM-7500F型扫描电子显微镜（SEM），日本电子公司产品。

1.4 试样制备

胶料在密炼机中混炼，一段混炼初始温度为80 ℃，转子转速为80 r·min-1，先加入SSBR和BR，混炼1 min，加小料和Sylvatraxx 4401树脂，混炼2 min，加一半白炭黑、炭黑、偶联剂和环保芳烃油，混炼3.5 min，加另一半白炭黑、炭黑、偶联剂和环保芳烃油，混炼5 min，清扫，当温度达到140～145℃时排胶；二段混炼初始温度为100 ℃，转子转速为80 r·min-1，加入一段混炼胶，当温度达到145℃时保持3 min，排胶。混炼胶在开炼机上包辊后加促进剂和硫黄，左右割刀各5次，然后打三角包薄通6次，最后将辊距调为2 mm，排气下片，室温停放24 h待用。

混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为160℃×t90。

1.5 测试分析

（1）填料分散性：采用橡胶加工分析仪测试，应变扫描条件为温度 60 ℃，频率 1 Hz，应变范围 0.28%～100%。

（2）SEM分析：硫化胶用液氮淬断，取断面制样，用SEM扫描断面。

（3）硫化特性：采用硫化仪在160 ℃下测定混炼胶的硫化特性，振荡角为±1°。

（4）物理性能：按相应的国家标准进行测试。

（5）动态力学性能：采用动态力学分析仪测试，条件为：温度范围－80～＋80 ℃，升温速率

3 ℃·min-1，频率 10 Hz。

2 结果与讨论

2.1 填料分散性

Sylvatraxx 4401树脂用量对混炼胶和硫化胶剪切储能模量（G′）与应变（ε）关系曲线的影响如图1所示。Payne效应中低应变下的模量能反映橡胶基体中填料的分散状况。

图1 Sylvatraxx 4401树脂用量对混炼胶和硫化胶G′-lg ε曲线的影响

由图1可以看出：在高应变（100%）下，随着Sylvatraxx 4401树脂用量的增大，硫化胶的G′略有减小，说明交联程度下降；在低应变下，随着Sylvatraxx 4401树脂用量的增大，硫化胶的G′明显减小，这是橡胶中因填料聚集而形成的填料网络减弱和交联密度降低共同引起的，因此Sylvatraxx 4401树脂的加入改善了填料的分散性。同时，Sylvatraxx 4401树脂为芳烃改性的聚萜烯树脂，其化学结构与基体橡胶有极好的相容性，因此形成的填料网络较弱。

添加不同用量Sylvatraxx 4401树脂的硫化胶低温淬断断面的SEM照片如图2所示。从图2可以看出，大部分白炭黑粒子在胶料中的分散较均匀，添加Sylvatraxx 4401树脂的胶料中，白炭黑的分散性明显增强，且分散效果随树脂用量的增大而改善。

图2 添加不同用量Sylvatraxx 4401树脂的硫化胶淬断断面的SEM照片（放大2万倍）

2.2 硫化特性

Sylvatraxx 4401树脂用量对胶料硫化特性的影响如表1所示。

从表1可以看出：随着Sylvatraxx 4401树脂用量的增大，胶料的t10略有延长，加工安全性没有受到影响；t90总体呈延长趋势，这是由于Sylvatraxx 4401树脂中含有双键，它的加入会影响硫化体系中的有效成分，从而使硫化速率降低，硫化时间延长。ML反映了混炼胶的加工流动性，其值除与橡胶的相对分子质量有关外，还受填料-填料网络强度的影响，Sylvatraxx 4401树脂的加入能够起到软化橡胶的作用，从而使ML减小；MH除与硫化胶的交联密度有关外，也与橡胶中的填料网络强度有关。由于Sylvatraxx 4401树脂用量的增大使得白炭黑的分散性改善，填料网络减弱，因此MH减小。

表1 Sylvatraxx 4401树脂用量对胶料硫化特性的影响

2.3 物理性能

Sylvatraxx 4401树脂用量对硫化胶物理性能的影响如表2所示。

表2 Sylvatraxx 4401树脂用量对硫化胶物理性能的影响

由表2可以看出：随着Sylvatraxx 4401树脂用量的增大，硫化胶的硬度、定伸应力、拉伸强度和撕裂强度呈减小趋势；阿克隆磨耗量明显减小，说明Sylvatraxx 4401树脂的加入有利于提高胎面胶的耐磨性。此外，随着Sylvatraxx 4401树脂用量的增大，白炭黑和炭黑在橡胶中的分散性改善，硫化胶的压缩生热也明显降低。

2.4 动态力学性能

Sylvatraxx 4401树脂用量对硫化胶损耗因子（tanδ）-温度曲线的影响如图3所示。

由图3可以看出：Sylvatraxx 4401树脂的加入使硫化胶的玻璃化温度向高温方向移动，损耗峰的峰高明显增大，而且Sylvatraxx 4401树脂的用量越大，损耗峰越高，峰越移向高温区，使得硫化胶在0～20 ℃范围内的tanδ明显增大，这对于提高胎面胶的抗湿滑性具有重要的意义。而在60～80 ℃范围内，添加 Sylvatraxx 4401树脂的硫化胶的tanδ则明显减小，这对于降低轮胎的滚动阻力和动态生热是极为有利的。这是因为Sylvatraxx 4401树脂具有较高的玻璃化温度，并且与橡胶基体具有良好的相容性，二者混合后无疑会提高0 ℃下的tanδ，从而提高抗湿滑性；Sylvatraxx 4401树脂的粘度受温度影响明显，当温度高于其玻璃化温度时，树脂的粘度会迅速降低，从而可调节胎面胶的粘弹性，减小动态滞后损失，降低滚动阻力。

图3 Sylvatraxx 4401树脂用量对硫化胶tanδ-温度曲线的影响

3 结论

（1）Sylvatraxx 4401树脂能改善填料在橡胶中的分散性，降低Payne效应；但会使胶料的硫化速度减慢，模量降低。

（2）Sylvatraxx 4401树脂会使胎面胶的强度略有下降，但能使硫化胶的压缩生热降低、耐磨性提高。

（3）Sylvatraxx 4401树脂能明显提高胎面胶的抗湿滑性，并能降低滚动阻力和动态生热，是一种前景看好的高性能轮胎胎面胶用加工助剂。