顺丁橡胶在汽车轮胎中的应用研究

刘金文　许亚坤

摘 要：论述稀土顺丁橡胶（BR）的发展及其在我国轮胎工业中的应用。我国是最早开发稀土BR的国家，20世纪70年代就开展了万吨级工业化试验并获得了批量产品，但真正进行工业化生产和实际应用的时间较短。随着世界范围内环保法规的出台，对轮胎产品在滚动阻力、耐磨等性能方面提出了刚性要求，稀土BR符合高性能绿色轮胎对高速、安全、节能、环保的更高要求，国内企业争相逐步少量应用稀土BR，稀土BR应用范围的不断扩大，将推动国内轮胎行业的进步和发展。

关键词：稀土顺丁橡胶 绿色轮胎 滚动阻力 耐磨性能

钕系顺丁橡胶（NdBR）是以稀土金属钕为主体催化体系的高顺式-1，4-结构的聚丁二烯橡胶。NdBR具有顺式-1，4-结构含量高、相对分子质量大、拉伸结晶快、加工性能好、硫化速度快、强伸性能和弹性好、生热低等特点，能减小轮胎滞后损失，降低滚动阻力和生热，提高耐磨性能。

一、稀土橡胶用于轮胎工业的意义

在汽车工业高速发展和注重环保的今天，绿色轮胎因具有高环保、低消耗、超安全的优点而被广泛关注。与普通子午线轮胎相比，绿色轮胎滚动阻力可降低22%～24%，使得轿车节省燃料3%～5%，货车节省燃料6%～8%，大幅降低一氧化碳的排放量，而轮胎其他性能如耐磨性能、噪声、干湿路面抓着性能等均保持良好水平，且操纵稳定性出色、制动距离更短，对减少交通事故，提高经济效益和社会效益具有积极意义。稀土顺丁橡胶（BR）是以稀土化合物为主催化剂催化聚合而成的具有高顺式1，4-结构含量的聚丁二烯橡胶，因稀土元素中的钕的化合物具有最高的催化活性，故又称为钕系BR。稀土BR具有链结构规整度高、线性好、平均相对分子质量高、相对分子质量分布可调、自粘性好等优点，加工性能和物理性能优異。稀土BR是除溶聚丁苯橡胶之外，另一种对开发经济、安全和耐用轮胎至关重要的高性能橡胶，是开发低滚动阻力轮胎的必要材料，被公认为当今性能最好的橡胶品种。与广泛使用的镍系BR相比，稀土BR可以减少轮胎滞后损失和内生热、降低滚动阻力，提高耐磨性能和抗湿滑性能，改善胎面冠部胶老化崩花掉块、胎侧胶老化龟裂等现象，能够提高轮胎的耐久性能和高速性能，可与天然橡胶（NR）、丁苯橡胶（SBR）并用，被优选用于高性能轮胎和节能轮胎，是当今发展最快的BR品种。

二、稀土BR在我国轮胎工业中的应用

稀土BR一般不单独使用，主要与NR、异戊橡胶（IR）或SBR并用，应用于绿色轮胎的胎面和胎侧，有助于减小滚动阻力、提高燃油效率。稀土BR极其耐磨，可提高轮胎的安全性能和使用寿命。

稀土BR硫化胶不仅具有良好的拉伸性能和较低的滞后损失，而且具有较低的滚动阻力和较高的耐磨性能，是作为胎面胶的优良胶种，可提高轮胎的高速、耐久、节能性能。杨树田等对稀土BR（牌号BR9100）的基本性能和实用性能进行了研究。结果表明：稀土BR9100与传统镍系BR（牌号BR9000）相比，具有分子链规整性好、相对分子质量高、相对分子质量分布指数宽、分子中顺式1，4-结构摩尔分数高等特点；稀土BR硫化胶的力学性能、生热、耐热稳定性优于传统镍系BR。在胎面胶加工性能方面，胎面冠部胶混炼胶填充因数由0.738提高到0.753，稀土BR可获得与镍系BR相同的加工性能。与镍系BR生产的轮胎相比，将稀土BR用于胎面胶、胎侧胶和胎体胶试制的9.00-2016PR轮胎耐久性能提高32.9%，高速性能提高54.2%。邹明清等的研究表明，在轮胎胎面冠部胶中以稀土BR等量替代镍系BR，胶料物理性能改善，尤其是耐磨性能和生热性能提高，但工艺性能有所下降，炭黑分散度减小，需调整混炼工艺。轮胎里程试验表明，胎面冠部胶采用稀土BR的轮胎耐磨性能好。杨树田的研究表明，在胎面胶中并用50份稀土BR（牌号为BR9100）和在轮胎帘布层胶中并用10份稀土BR，轮胎胎面混炼胶填充因数由原1.067提高到1.131，加工性能好，试制的9.00-20轮胎平均磨耗指数比并用50份镍系BR（牌号BR9000）的对比轮胎提高16.9%。杨树田在载重斜交轮胎胎面胶中将稀土BR（牌号BR9100）和镍系BR（牌号BR9000）以40份用量等量互换，发现在混炼工艺条件相同时，稀土BR胎面冠部胶耐磨性能较镍系BR提高10.2%，提高混炼胶填充因数后，稀土BR胎面冠部胶耐磨性能提高20.3%。马洪海等将稀土BR用于载重斜交轮胎胎面胶中，并比较了其与镍系BR的性能差异。结果表明：与镍系BR相比，稀土BR胶料工艺性能稍差，硫化胶拉伸强度和撕裂强度稍大，耐热老化性能较好，其他性能相差不大；胎面胶采用稀土BR（NR/BR并用比为50/50）的9.00-2014PR轮胎行驶里程和平均单位磨耗里程均较高。徐世传对比了钴系、稀土和镍系BR胎面冠部胶物理性能和工艺性能。结果表明：稀土BR胶料综合物理性能最好，表现为弹性和耐磨性能好，压缩生热低，300%定伸应力和撕裂强度高；镍系BR胶料的工艺性能最好，稀土BR胶料的半成品工艺性能较差。

三、结语

稀土顺丁橡胶具有强度高、耐屈挠、低生热、抗湿滑及滚动阻力低等特点，性能优于镍胶，是发展高性能轮胎和节能轮胎的优选胶种。稀土顺丁橡胶的开发成功，填补了该橡胶品种的国内空白。稀土顺丁橡胶优异的生胶性能和结构在其应用过程中得到了充分体现，混胶具有更高的拉伸强度、更低的滞后损失及疲劳生热，具有优异的抗屈挠性能、更好的抗湿滑性能，还具有十分可贵的低滚动阻力等特点。这些正是提高轮胎的高速性、耐久性、节能性所必需的性能。近年来，我国的公路建设获得了飞速发展，高速公路总里程数仅次于美国列世界第二位。公路建设的发展，不仅对轮胎的质量和使用性能提出了更高的要求，而且也为稀土顺丁橡胶在轮胎中的应用提供了宝贵的发展机遇和空间。

参考文献：

[1] 刘永涛，董为民，石路颖，等. 稀土顺丁橡胶的性能和应用[J]. 合成橡胶工业，2008，31（5）：325-331.

[2] 张咏梅. 稀土顺丁橡胶在我国的发展前景分析[J]. 经营管理者，2012，28（11）：254-254