溶聚丁苯橡胶在绿色轮胎胎面胶中的应用

2017-07-22张进生王鹭飞

轮胎工业 2017年2期

张进生，韩丹，王鹭飞

（青岛双星轮胎工业有限公司，山东青岛 266400）

欧盟标签法规的正式实施对轮胎节能性能和安全性能的要求提高。在不降低轮胎胎面胶湿抓着力基础上降低其滚动阻力已成为高性能绿色轮胎设计的首要任务。克服轮胎滚动阻力所耗燃油占汽车总油耗的14.4%[1]，因此降低硫化胶的滚动阻力对轮胎节油和环保尤为重要。

溶聚丁苯橡胶（SSBR）具有聚合可控、分子链序列分布和结构参数易调节以及非橡胶成分少等特点，其综合性能介于乳聚丁苯橡胶（ESBR）和顺丁橡胶（BR）之间[2]。加工性能方面，SSBR收缩小，压出表面光滑，模压流动性好，其硫化胶花纹清晰且色彩鲜明，具有较好的抗湿滑性能和耐磨性能以及较低的滚动阻力和生热，是生产绿色轮胎的主要原材料。

本工作研究不同牌号SSBR在绿色轮胎胎面胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

SSBR，牌号VSL 4526-2HM，VSL 2438-2HM，VSL PBR 4070，VSL PBR 4078，朗盛化学有限公司产品；BR，牌号9000，中国石化齐鲁石油化工公司产品。

1.2 配方

1#配方：SSBR（牌号为VSL 4526-2HM） 80，BR 20，高分散白炭黑 80，硅烷偶联剂 6.4，硬脂酸 3，氧化锌 1.5，防老剂RD 1，低滚阻树脂 6，不溶性硫黄 1.4，促进剂NS 1，促进剂DPG 1，防焦剂CTP 0.2，其他 8。

2#—4#配方：除SSBR牌号分别改为VSL 2438-2HM，VSL PBR 4078和VSL PBR 4070外，配方其余组分和用量同1#配方。

1.3 主要设备和仪器

1.5 L密炼机，青岛高科橡塑机械有限公司产品；XKR-150型开炼机，广东湛江机械厂产品；1.0MN型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂产品；MV2000型门尼粘度计、MDR2000型无转子硫化仪、T2000型电子拉力机和RPA2000橡胶加工分析仪（以下简称RPA），美国阿尔法科技有限公司产品；Gabometer4000动态粘弹性试验机，德国Gabo公司产品；401B型老化试验箱，江都试验机械厂产品；回弹性测试仪，意大利Gibitre公司产品。

1.4 试样制备

胶料混炼分3段在密炼机中进行。一段混炼转子转速为75 r·min-1，生产工艺为：生胶→压压砣（40 s）→白炭黑和偶联剂→压压砣（40 s）→炭黑、小料和操作油→压压砣（50 s）→提压砣清理→压压砣（40 s）→提压砣清理→浮压砣（15 s）→清理→压压砣（30 s）→排胶（155 ℃）。二段混炼转子转速为70 r·min-1，生产工艺为：一段混炼胶→加压且提压砣2次（150 s）→排胶（145 ℃）。三段混炼转子转速为50 r·min-1，生产工艺为：二段混炼胶→硫黄和促进剂→加压且提压砣2次（120 s）→排胶（105 ℃）至开炼机→下片、冷却、停放。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按相应国家或行业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

4种不同牌号SSBR理化性能如表1所示。从表1可以看出：不同牌号SSBR的门尼粘度、苯乙烯质量分数、乙烯基质量分数、充油量和分子结构不同；牌号为VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR为末端改性产品，其改性端基可作为活性结合点，改善橡胶与白炭黑结合能力，减少橡胶分子链自由末端无规热运动，降低胶料的滞后损失，减小轮胎的滚动阻力。

表1 4种不同牌号SSBR理化性能

2.2 加工性能和硫化特性

混炼胶的加工性能和硫化特性如表2所示。从表2可以看出：与1#配方混炼胶相比，2#和4#配方混炼胶的加工性能较差，这是因为其生胶初始门尼粘度较高；3#配方混炼胶的加工性能稍差，这可能是因为其生胶充油量较少；3#和4#配方混炼胶的门尼焦烧时间和t90稍长，这是因为橡胶分子链末端引入了其他化学基团。

表2 混炼胶的加工性能和硫化特性

2.3 物理性能

硫化胶的物理性能如表3所示。从表3可以看出：1#—4#配方硫化胶的邵尔A型硬度相差不大；2#和4#配方硫化胶的拉伸性能、抗撕裂强度和耐磨性能较好，这是因为牌号为VSL 2438-2HM和VSL PBR 4070的SSBR具有较高的相对分子质量；3#配方硫化胶的压缩温升较小，这是因为牌号为VSL PBR 4078 SSBR中苯乙烯含量较小。

表3 硫化胶的物理性能

2.4 RPA分析

2.4.1 混炼胶

混炼胶的储存模量（G′）-应变曲线如图1所示，RPA扫描条件为：温度 100 ℃，频率 1.67 Hz。从图1可以看出：与1#和2#配方混炼胶相比，3#和4#配方混炼胶在低应变下的G′较小，说明炭黑在牌号为VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR中具有较好的分散性，这是因为牌号为VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR中末端改性基团可与白炭黑较好地结合；与4#配方混炼胶相比，3#配方混炼胶在低应变下的G′更小，这是因为牌号为VSL PBR 4078的SSBR同时具有相对分子质量大小适中、加工性能优异的特点。

图1 混炼胶的G′-应变曲线

2.4.2 硫化胶

通常情况下，硫化胶的抗湿滑性能与滚动阻力可分别由其在0和60 ℃时的损耗因子（tanδ）表征。0 ℃时的tanδ值越大，硫化胶的抗湿滑性能越好；60 ℃时的tanδ值越小，硫化胶的滚动阻力越小[3]。硫化胶的tanδ-温度曲线如图2所示，RPA扫描条件为：频率 8.33 Hz，应变 7%。从图2可以看出，与1#和2#配方硫化胶相比，3#和4#配方硫化胶在60℃时的tanδ值较小，即滚动阻力较小，说明牌号为VSL PBR 4078和VSL PBR 4070的SSBR具有较低的滚动阻力。

图2 硫化胶的tanδ-温度曲线

硫化胶的动态力学性能参数如表4所示。从表4可以看出：4#配方硫化胶0 ℃时的tanδ值最大，2#和3#配方硫化胶次之且相当，说明牌号为VSL PBR 4070的SSBR具有较好的抗湿滑性能。3#配方硫化胶60 ℃时的tanδ值最小，说明牌号为VSL PBR 4078的SSBR具有较低的滚动阻力，这与硫化胶的tanδ-温度曲线有较好的相关性。