功能性树脂在轮胎胎面胶中的应用研究

吴忠成，李红卫，刘华侨，顾培霜，朱家顺

（青岛特拓轮胎技术有限公司，山东 青岛 266100）

欧盟轮胎标签法按照轮胎噪声、滚动阻力和抗湿滑性能将轮胎划分为不同等级。生产滚动阻力低和抗湿滑性能好的轮胎成为轮胎企业的目标，因此功能性树脂应运而生。

在轮胎胎面胶中添加功能性树脂的主要目的是调整胶料的玻璃化温度（Tg），在不影响轮胎滚动阻力的同时提高轮胎抗湿滑性能。

C5树脂、TL100树脂和HB103树脂是不同类型的功能性树脂。C5树脂是石油裂解副产物C5馏分经前处理、分离、聚合、蒸馏等工艺生产的一种热塑性树脂。TL100树脂是改性双环戊二烯树脂，它是在C9树脂的基础上除去小相对分子质量物质而制得的。HB103树脂是一种氢化芳香族改性脂环烃类树脂。

本工作对3种不同类型的功能性树脂（C5树脂、TL100树脂和HB103树脂）对轮胎胎面胶性能的影响进行研究。

1 实验

1.1 主要原材料

溶聚丁苯橡胶（SSBR），SSBR-1（不填充油，苯乙烯质量分数为0.21，乙烯基质量分数为0.63），日本瑞翁公司产品；SSBR-2（填充37.5份油，苯乙烯质量分数为0.25，乙烯基质量分数为0.50），韩国LG化学公司产品。天然橡胶（NR），STR20，泰国正大农业集团公司产品。乳聚丁苯橡胶（ESBR），填充37.5份油，中国石化上海高桥分公司产品。炭黑N330，上海卡博特化工有限公司产品。白炭黑SIL1165MP和SIL1115MP，确成硅化学股份有限公司产品。C5树脂，淄博正德装饰材料有限公司产品。TL100树脂，上海彤程化工有限公司产品。HB103树脂，日本东燃公司产品。操作油V500，宁波汉圣化工有限公司产品。微晶蜡Antilux111，莱茵化学（青岛）有限公司产品。偶联剂Si69，南京曙光化工有限公司产品。硬脂酸，益海精细化学工业有限公司产品。氧化锌，潍坊龙达锌业有限公司产品。硫黄，无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司产品。促进剂CZ，山东尚舜化工有限公司产品。

1.2 试验配方

低树脂用量胶料配方和高树脂用量胶料配方分别如表1和2所示。

表1 低树脂用量胶料配方 份

1.3 主要设备和仪器

X（S）M-1.7L型密炼机，青岛科技大学混炼工程研究室产品；ZG-120型101.6 mm（4英寸）开炼机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司产品；QLB-D400×400×2型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂有限公司产品；MM4130C型无转子硫化仪和GT-7016-M1型切片机，高特威尔检测仪器（青岛）有限公司产品；UM-2050型门尼粘度计和UT-2060万能拉力机，优肯科技股份有限公司产品；动态热机械分析（DMA）仪，德国GABO公司产品。

表2 高树脂用量胶料配方 份

1.4 胶料混炼

胶料混炼分两段进行。

一段混炼在密炼机中进行，密炼机转子转速为55 r·min-1，混炼工艺为：生胶→除硫黄和促进剂CZ之外的所有配合剂→混炼（总时间为6.5 min）→排胶（155～160 ℃），在开炼机上下片后冷却，停放0.5 h。

二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂CZ→左右割刀各5次（辊温为40 ℃）→薄通3次→打卷8次→下片，停放。

1.5 性能测试

硫化胶动态力学性能测试采用拉伸模式，扫描温度为－65～＋65 ℃，频率为10 Hz，升温速率为2 ℃·min-1，静态应变为7%或静态应力为70 N，动态应变为0.25%或动态应力为40 N。

胶料其他性能按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 树脂的理化性能

3种树脂的理化性能如下。

C5树脂：平均相对分子质量 1 000～1 700，软化点（环球法） 95～105 ℃，闪点 245 ℃，酸值 0.4 mg（KOH）·g-1。

TL100树脂：软化点（环球法） 95～105 ℃，酸值 ≤0.5 mg（KOH）·g-1。

HB103树脂：软化点（环球法） 100～106 ℃，重均相对分子质量 720，数均相对分子质量480。

2.2 树脂品种及用量对胶料性能的影响

2.2.1 硫化特性

树脂品种及用量对胶料门尼粘度和硫化特性的影响如表3所示。

从表3可以看出：3种树脂在低用量（5份，下同）下对胶料门尼粘度的影响相近，与未添加树脂的A0配方胶料相比，添加3种树脂的A1—A3配方胶料的门尼粘度均稍有下降但相差不大；3种树脂在高用量（26份，下同）下对胶料门尼粘度的影响差异较大，3种树脂在高用量下对胶料增塑效果从大到小的顺序为C5树脂、TL100树脂、BH103树脂。可见C5树脂用量增大后，其对胶料的增塑效果明显增大。

从表3还可以看出：与未添加树脂的A0配方胶料相比，添加3种树脂的A1—A3配方胶料Fmax减小，3种树脂胶料Fmax从大到小的顺序为TL100树脂、HB103树脂、C5树脂；在高用量下C5树脂胶料与其他两种树脂胶料Fmax的差距明显增大；3种树脂胶料的硫化速度均不同程度减慢，在低用量下3种树脂胶料的硫化速度从慢到快的顺序为TL100树脂、C5树脂、HB103树脂；在高用量下3种树脂胶料的硫化速度从慢到快的顺序为HB103树脂和TL100树脂、C5树脂。

表3 3种树脂用量对胶料硫化特性的影响

2.2.2 物理性能

树脂品种及用量对硫化胶物理性能的影响如表4所示。

从表4可以看出：与未添加树脂的A0配方胶料相比，添加3种树脂的A1—A3配方胶料的硬度稍有降低；3种树脂在低用量下HB103树脂胶料的硬度较低，3种树脂在高用量下C5树脂胶料的硬度较低。3种树脂胶料的回弹值均减小，3种树脂在高用量下C5树脂胶料和TL100树脂胶料的回弹值明显减小。3种树脂胶料的定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率差异较大，无论3种树脂在低用量还是高用量下，C5树脂胶料的拉伸强度较高，TL100树脂胶料的拉伸强度较低；3种树脂在低用量下，TL100树脂胶料的300%定伸应力较高，拉断伸长率较小，但3种树脂在高用量下，TL100树脂胶料的300%定伸应力较低，拉断伸长率较大。出现以上现象的原因可能是不同树脂在胶料中的用量存在不同极限值，树脂用量过大时使用效果会明显变差。

表4 3种树脂用量对胶料物理性能的影响

2.2.3 动态力学性能

胶料0 ℃时的损耗因子（tanδ）表征胶料的抗湿滑性能，其值越大，胶料的抗湿滑性能越好；60℃时的tanδ表征滚动阻力，其值越小，胶料的滚动阻力越低。

低树脂用量硫化胶的tanδ-温度曲线如图1所示，高树脂用量硫化胶的tanδ-温度曲线如图2所示，对应的动态力学性能参数如表5所示。

图2 高用量树脂硫化胶的tan δ-温度曲线

从图1和表5可以看出：3种树脂在低用量下，与未添加树脂的A0配方胶料相比，添加3种树脂的A1—A3配方胶料的tanδ-温度曲线整体向右上方移动，Tg均升高，3种树脂胶料的Tg差异不大；0和60℃时的tanδ均增大，这说明3种树脂胶料的抗湿滑性能提高，但胶料的滚动阻力也不同程度增大。具体分析，与A0配方胶料相比，添加C5树脂的A1配方胶料的抗湿滑性能虽有所提高，但60 ℃时的tanδ增大7%，滚动阻力升高。与A1配方胶料相比，添加TL100树脂和HB103树脂的A2配方和A3配方胶料0 ℃时的tanδ分别增大14.0%和5.7%，抗湿滑性能较好；60 ℃时的tanδ分别减小3.5%和4.2%，滚动阻力较低。添加TL100树脂和HB103树脂的A2和A3配方胶料的抗湿滑性能和滚动阻力符合轮胎胎面胶性能的设计目标。相对而言，当树脂用量为5份时，TL100树脂和HB103树脂胶料的动态力学性能比C5树脂胶料优势明显，而且TL100树脂胶料的动态力学性能优于HB103树脂胶料。

图1 低用量树脂硫化胶的tan δ-温度曲线

表5 3种树脂硫化胶的动态力学性能

从图2和表5可以看出：3种树脂在高用量下，3种树脂胶料抗湿滑性能从好到差的顺序为HB103树脂、C5树脂、TL-100树脂；滚动阻力从低到高的顺序为HB103树脂、C5树脂、TL-100树脂；HB103树脂胶料的综合性能最好。

综上所述，从胶料动态力学性能考虑，TL100树脂适用于低树脂用量胶料配方，HB103树脂适用于高树脂用量胶料配方。

3 结论

3种功能性树脂在轮胎胎面胶中的应用研究得出以下结论。

（1）在胶料中添加C5树脂、TL100树脂和HB103树脂，胶料的门尼粘度减小，硫化速度减慢。C5树脂在低用量下对胶料的增塑效果不明显，在高用量下使胶料的门尼粘度大幅降低。

（2）HB103树脂在低用量下胶料的硬度较低，C5树脂在高用量下胶料的硬度较低。3种树脂胶料的回弹值均减小，C5树脂和TL100树脂在高用量下胶料的回弹值明显减小。添加3种树脂的胶料定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率差异较大。

（3）添加3种树脂的胶料Tg和抗湿滑性能提高，滚动阻力也有不同程度升高。从胶料滚动阻力和抗湿滑性能的平衡性来看，TL100树脂适用于低树脂用量胶料配方，HB103树脂适用于高树脂用量胶料配方。