雪地胎用国产SSBR性能剖析

2017-09-22赵洪国何连成杨玉琼李卫国胡海华

世界橡胶工业 2017年8期

赵洪国, 周雷, 何连成, 杨玉琼, 李波, 李卫国, 胡海华

雪地胎用国产SSBR性能剖析

赵洪国1, 周雷1, 何连成1, 杨玉琼1, 李波1, 李卫国2, 胡海华1

（1.中国石油石油化工研究院, 甘肃兰州 730060; 2.赛轮金宇集团股份有限公司, 山东青岛 266045）

从加工工艺和应用性能两方面，对雪地胎胎面用胶溶聚丁苯橡胶SSBR1550S进行了剖析。结果表明，与现有生产配方相比，使用SSBR1550S的胎面混炼胶加工性能变差，但硫化效率、抗低温变硬能力、回弹性能、耐磨耗性能、抗湿滑性能均有所提高，同时滚动阻力有所降低。

溶聚丁苯橡胶；抗湿滑；滚动阻力；雪地胎

0 前言

随着对安全环保的日益重视以及各国轮胎标签法规的颁布和实施，人们对轮胎质量的要求越来越高。溶聚丁苯橡胶 (SSBR )抗湿滑性好、滚动阻力低，是制备高性能环保节能绿色轮胎的关键材料[1]。雪地胎是针对高寒地区冬季的特殊环境而开发的一种功能性轮胎，其特点是提高了冰雪路面上的通过性和安全性。近年来我国半钢雪地胎得到了快速发展，产品远销北美、北欧等世界上20多个国家和地区。雪地轮胎的关键技术在于轮胎胎面胶配方和轮胎花纹，而雪地胎胎面配方的核心在于橡胶[2]。目前，我国用于开发雪地胎胎面胶的SSBR主要依赖于进口，价格昂贵，货源受限。针对这一需求，中国石油独山子石化与石油化工研究院联合开发了具有自主知识产权的雪地胎专用料SSBR1550S。

本工作将从加工工艺和应用性能两方面，对雪地胎胎面胶用SSBR1550S进行剖析，以期能为产品推广和轮胎企业应用提供技术参考。

1 试验

1.1 原料及配方

NR，SMR20，马来西亚产品；SSBR，1550S，独山子石化分公司产品；SSBR，SL553，日本JSR公司产品；BR，9000，江苏南通申华化学工业有限公司产品；炭黑，N234，云南曲靖众一精细化工股份有限公司产品；白炭黑，955，无锡市恒亨白炭黑有限责任公司产品。其他均为橡胶工业常用助剂。

配方如表1所示。

1.2 试验仪器

Banbury BR1600型密炼机、GX-2003型恒温开炼机，美国法雷尔公司产品；UR-2030型橡胶流变仪，青岛优肯科技股份有限公司产品；GT-7080S2型门尼黏度仪，高铁检测仪器有限公司产品；AI-7000 S型电子拉力机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；LX-A型橡胶硬度测试仪，上海试验仪器总厂产品；GT-7042-RDH型橡胶回弹试验机，高铁检测仪器有限公司产品；MZ4061型阿克隆磨耗试验机，江都市明珠试验机械厂产品；Rosand RH10型毛细管流变仪，英国马尔文仪器公司产品；DMA/SDTA861e型号动态热机械分析仪，瑞士梅特勒-托利多公司产品。其他实验设备均为橡胶加工常用设备。

表1 配方

1.3 试验方法

胶料分二段混炼。一段混炼在Banbury BR1600型密炼机上进行，加料顺序为：生胶→氧化锌、硬脂酸、防老剂等→炭黑、白炭黑材料，一段混炼胶下片后冷却，停放4 h后进行二段混炼。二段混炼在GX-2003型恒温开炼机上进行，前后辊速比为1.0:1.1，加料顺序为：一段混炼胶→促进剂、硫磺材料。二段混炼胶下片（胶片厚2.0～2.5 mm）后冷却，停放8 h后在平板硫化机上硫化试样。

1.4 性能测试

测试方法均按国家标准或行业标准执行。

2 结果与讨论

2.1 生胶参数

胶料体系组成是雪地胎胎面胶配方的核心，尤其是胶料的结构组成决定了轮胎的使用环境。SSBR1550S和SL553的技术参数如表2所示。

表2 SSBR1550S和SL553的技术指标

由表2可以看出，1550S的苯乙烯和乙烯基结构含量均高于SL553。由于苯乙烯与乙烯基属于极性基团，其含量增加，橡胶大分子链段的柔顺性降低，故1550S的玻璃化转变温度（Tg）高于SL553的，但是1550S的门尼黏度低于SL553的，这是由于1550S填充了37.5份环烷油（NAP-10）所致。

由于苯乙烯与乙烯基含量及其无规化分布对SSBR的抗湿滑、滚动阻力起决定性作用，由表2可知1550S和SL553的结构组成略有不同，因此，为保障试验配方和生产配方胶料体系中苯乙烯、乙烯基及顺式丁二烯含量基本在同一水平，试验配方对SSBR和BR的用量进行了调整。

2.2 混炼胶加工性能

制成的混炼胶的门尼黏度和门尼焦烧性能测试结果如表3所示，挤出性能测试结果如表4所示，硫化特性如表5所示。

表3 混炼胶门尼性能（测试温度125 ℃）

门尼黏度反映了橡胶加工性能的好坏，被广泛用来作为控制橡胶胶料工艺性能的一项指标，门尼焦烧则反映了工艺操作的安全性。由表3可以看出，试验配方的门尼黏度高于生产配方的，相对差达到25%，表明使用SSBR1550S后混炼胶的黏度增大，可塑性降低，加工性能变差，加工能耗增加；试验配方的t5略低于生产配方的，表明使用SSBR1550S后混炼胶的工艺安全性变化不大。

表4 混炼胶挤出性能1)

由表4可以看出，与正常生产配方相比，试验配方的毛细管挤出体积及体积流速均明显降低，表明使用SSBR1550S后混炼胶的加工性能变差，胎面胶挤出效率大幅度降低。

表5 硫化特性

t10和t90表征了橡胶制品硫化过程中的两个最重要的参数——焦烧时间和正硫化时间。由表5可以看出，试验配方的t10与生产配方的相当，但是t90较低，表明使用SSBR1550S后混炼胶的工艺安全性变化不大，但硫化时间缩短，硫化效率提高23%。ML常用来表征混炼胶的可塑性，其值越小，胶料的可塑度越高。由表5可以看出，试验配方的ML较生产配方的提高19%，表明使用SSBR1550S后混炼胶的加工性能变差。

2.3 力学性能

制成的硫化胶的力学性能如表6所示。

由表6可以看出，试验配方的拉伸强度、拉断伸长率、定伸应力、硬度、撕裂强度与正常配方的相当，变化率基本都在5%以内，表明使用SSBR1550S后硫化胶的力学性能变化不大。

2.4 高低温硬度

制成的硫化胶在不同测试温度条件下的硬度如表7所示。

由于雪地胎都是低温环境下使用的，而橡胶的特点是分子链运动能力随着温度的降低而逐渐减弱。因此，制备雪地胎的胶料要求具有较好的抗低温变硬能力，以保证在低温环境中有足够的抓地力。由表7可以看出，随着测试温度降低，生产配方和试验配方的邵尔A硬度都逐渐增加，但试验配方的增加幅度较生产配方的小；且同一测试温度下，试验配方的硬度均低于生产配方2左右，表明使用SSBR1550S的胎面胶抗低温变硬能力有所提高。

表6 力学性能

表7 不同温度下的硬度及差值

2.5 弹性和磨耗

制成的硫化胶的回弹性和磨耗体积见表8所示。

表8 弹性和磨耗性能

由表8可以看出，与生产配方相比，试验配方的回弹性略有提高；阿克隆磨耗体积降低5%。表明使用SSBR1550S的胎面胶的弹性和耐磨耗性能均有提高。

2.6 动态力学性能

采用动态热机械分析仪对制成的硫化胶进行温度扫描（应变1%，频率3 Hz，温度-60～80 ℃），损耗因子分析结果如表9所示。

表9 不同温度的硬度值及相对差

损耗因子是橡胶材料黏弹性的表征，也常用来预测胎面胶的抗湿滑和滚动阻力等特性。低温条件损耗因子高则预示着该胶料拥有较好的抗湿滑性能，高温条件损耗因子低则预示着该胶料拥有较低的滚动阻力。由表9可以看出，与生产配方相比，试验配方-20 ℃下损耗因子提升15%，0 ℃下损耗因子提升6%，60 ℃下损耗因子改善7%。这表明使用SSBR1550S的胎面胶，抗湿滑性能有所提高，制备的轮胎具有更好的湿抓地力，轮胎的操控安全性高，同时具有较低的滚动阻力，轮胎的油耗更低。