高效模量增强剂在冬季子午线轮胎胎面胶与胎体胶中的应用

张 立，张万青，魏宣领，戴圣佳，刘振锋*

（1．浙江巍翔科技集团有限公司，浙江 杭州 310024；2．河南环燕轮胎股份有限公司，河南 浚县 456250）

在现代橡胶配方设计中，为了满足轮胎部件特殊的性能要求，通常采用增大补强剂或硫黄用量以及加入补强树脂等措施来获得硬度和定伸应力较大的高模量胶料。在轮胎胶料中如果增大补强剂用量，胶料混炼时间延长且生热升高；如果增大硫黄用量，胶料极易出现喷霜；如果加入补强树脂，胶料混炼时易发生粘辊，分散性较差[1-2]。因此要制得高模量且物理性能和加工性能良好的胶料实属不易。

高效模量增强剂是一种以特种结构预缩合络合物和活性剂为主要成分的多功能助剂，在胶料硫化过程中发生交联反应，使胶料交联密度提高，从而显著提高胶料模量，改善胶料与骨架材料的粘合性能，降低胶料生热。高效模量增强剂特别适用于制备高模量胶料，如子午线轮胎三角胶、钢丝隔离胶、胎体胶等[3]。采用高效模量增强剂可以减小补强剂用量，提高轮胎的高速性能和耐久性能。

本工作研究高效模量增强剂在冬季子午线轮胎胎面胶和胎体胶中的应用，探讨高效模量增强剂对胶料性能的影响，为其以后的工业化应用提供借鉴。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SVR5，越南产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化北京燕山石化公司产品；充油丁苯橡胶（SBR），牌号1712，中国石化齐鲁石化公司产品；炭黑N220，N330，N660，石家庄新兴化碳公司产品；高效模量增强剂，杭州中德化学工业有限公司产品。

1.2 主要设备和仪器

XSM-1型密炼机，威福兴机械（上海）有限公司产品；XK160 mm×320 mm型开炼机，广东省湛江橡胶机械厂产品；45 t平板硫化机，新乡市橡塑机械有限公司产品；GT-7080-S2型门尼粘度测试仪、GT-M2000-A型无转子密闭模硫化试验机和GT-A17000-S型伺服控制电脑系统拉力试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；阿克隆磨耗试验机和ST-CN型热空气老化箱，南通宏达试验仪器有限公司产品。

1.3 配方

1.3.1 胎面胶

生产配方：NR/BR/SBR 35/40/25，炭黑N220/N330 60，防护体系 4.5，硫化体系2.55，油 9，其他 17，合计 193.05。

试验配方：除添加高效模量增强剂（变量）外，其他组分与用量同生产配方。

1.3.2 胎体胶

生产配方：NR/SBR/BR 70/20/10，炭黑N330/N660 42，防护体系 2.5，硫化体系3.2，油 9，其他 20，合计 176.7。试验配方：除添加3份高效模量增强剂外，其他组分及用量同生产配方。

1.4 试样制备

胶料混炼分两段进行。一段混炼在密炼机中进行，密炼机初始温度为50 ℃，转子转速为70 r·min-1，混炼工艺为：生胶→小料→炭黑→油→混炼均匀→排胶。二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄、促进剂和高效模量增强剂→混炼均匀→薄通5次→下片。混炼胶停放16 h后返炼，再停放2 h后硫化。

1.5 性能测试

胶料性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

高效模量增强剂的理化性能见表1。从表1可以看出，高效模量增强剂的理化性能符合企业标准要求。根据高效模量增强剂特性和炼胶设备的工艺性能，高效模量增强剂一般在混炼后期与硫黄一起加入。

表1 高效模量增强剂的理化性能

2.2 高效模量增强剂对胎面胶性能的影响

高效模量增强剂对胎面胶性能的影响见表2。从表2可以看出：与生产配方胶料相比，添加高效模量增强剂的试验配方胶料门尼粘度增大，门尼焦烧时间t5缩短，Fmax提高，说明高效模量增强剂参与了交联反应，对胶料的硫化网络结构产生了强化补充作用，增大了胶料的交联密度，有利于提高胶料的硬度和定伸应力[1]；试验配方胶料的拉伸强度变化不大，撕裂强度和耐磨性能降低，这是由于撕裂强度和耐磨性能与胶料的交联密度有关，随着交联密度增大，取向结晶和应力局部集中加剧；试验配方胶料热空气老化后性能变化率较小，表明高效模量增强剂可以提高胶料的耐热老化性能，这可能是由于高效模量增强剂参与交联反应后，胶料形成的稳定交联网络经高温老化后仍未发生大的变化，使胶料在热老化后仍保持较好的物理性能。

表2 高效模量增强剂对胎面胶性能的影响

从表2还可以看出，随着高效模量增强剂用量增大，胶料的门尼粘度增大，Fmax、硬度与300%定伸应力提高，耐磨性能降低，说明高效模量增强剂参与了交联反应，形成了稳定的网络结构，该网络与胶料网络穿插渗透、相互作用，生成补充交联键，从而起到增硬补强的作用[2]，但高效模量增强剂用量太大会影响胶料的耐磨性能。综合来看，高效模量增强剂用量以4份左右为宜。

2.3 高效模量增强剂对胎体胶性能的影响

高效模量增强剂对胎体胶性能的影响见表3。从表3可以看出：与生产配方胶料相比，添加3份高效模量增强剂的试验配方胶料门尼粘度减小，门尼焦烧时间t5缩短，硫化速度加快，以上变化与胎面胶不同，表明高效模量增强剂能改善胎体胶的流动性和加工性能；试验配方胶料的Fmax增大，硬度、300%定伸应力和H抽出力明显提高，耐热老化性能较好，这也是高效模量增强剂在胶料硫化过程中形成的稳定网络并与硫化胶交联网络构成互穿网络的缘故[3]。在胎体胶中可以使用高效模量增强剂并减小补强剂用量，从而降低生热。

表3 高效模量增强剂对胎体胶性能的影响

3 结论

（1）添加高效模量增强剂的胎面胶和胎体胶的硬度和300%定伸应力均明显提高，说明高效模量增强剂对这两种胶料都具有良好的补强效果。

（2）添加高效模量增强剂的胎面胶和胎体胶的耐热老化性能提高。

（3）随着高效模量增强剂用量增大，胎面胶的门尼粘度增大、硬度和300%定伸应力提高，耐磨性能降低，其用量以4份左右为宜。

（4）添加高效模量增强剂的胎体胶门尼粘度减小，粘合性能提高。

高效模量增强剂适用于NR、SBR、BR和三元乙丙橡胶等胶种，是胎面胶、胎体胶、胎圈胶等的理想模量增强剂，可在轮胎和橡胶制品行业中推广应用。高效模量增强剂呈粉体状，在配料时有粉尘飞扬，建议生产厂家对产品进行剂型改造，以便下游企业实现清洁化生产。