溶聚丁苯橡胶2557TH和2557S的性能对比

李 波，燕鹏华，何连成，吴 宇，赵洪国，胡海华

（中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院 合成橡胶工程研究中心 甘肃省合成橡胶工程技术研究中心，甘肃 兰州 730060)

我国很早就开始研究溶聚丁苯橡胶（SSBR)在轮胎中的应用，SSBR制备的轮胎滚动阻力小、抗湿滑性能和弹性好[1]。2010年以来我国SSBR真正进入轮胎工业，逐步用于制备高性能轮胎。我国高校、研究单位和轮胎企业纷纷对SSBR进行基础研究，已将第4代官能化SSBR用于高性能轮胎中。目前，端基改性与官能化SSBR在高性能轿车子午线轮胎胎面胶中的应用研究较多[2-4]，SSBR/白炭黑复合体系及其加工技术在绿色轮胎中的应用是研究重点[5-7]，我国轮胎企业正进一步加强SSBR在绿色轮胎胎面胶中的应用研究[8-9]。

中国石油独山子石化分公司是我国大型SSBR生产商，近年来开发了2557TH，2557S，2564S，71612S，1550S和3840S等牌号环保型高性能绿色轮胎用SSBR。

本工作对两种填充不同油品而牌号相似的SSBR性能进行对比研究，为其在轮胎胶料中的应用提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

SSBR，牌号为2557TH和2557S，线性结构充油型产品（充油量为37.5份)，中国石油独山子石化分公司产品；8#标准参比炭黑，美国大陆公司产品；白炭黑Zeosil 1165MP，比利时索尔维集团公司产品；偶联剂Si69，南京道宁化工有限公司产品；氧化锌、硬脂酸、硫黄和促进剂TBBS，兰州石化翔鑫有限公司产品；环保芳烃油（TDAE)，宁波汉圣化工有限公司产品；环烷油，中国石油克拉玛依石化公司产品。

1.2 配方

（1)炭黑补强胶料配方：SSBR 137.5，炭黑 68.5，氧化锌 3，硬脂酸 1，硫黄 1.75。

（2)白炭黑补强胶料配方：SSBR 137.5，白炭黑 68.5，偶联剂Si69 6，氧化锌 3，硬脂酸 1，硫黄 1.75，促进剂TBBS 1。

1.3 主要设备与仪器

Haake PolyLab OS型多功能转矩流变仪（本伯里转子)，赛默飞世尔科技（中国)有限公司产品；SK-160型开炼机，无锡市橡胶塑料机械厂产品；GT-M2000A型无转子硫化仪、GT-7104型电加热平板硫化机、LX-A型邵氏硬度计和AI-7000S型电子拉力试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；PL-GPC-220型凝胶渗透色谱（GPC)仪，安捷伦科技（中国)有限公司产品；Q20型差示扫描量热（DSC)仪，美国TA仪器公司产品；861型动态力学分析（DMA)仪，瑞士梅特勒-托利多公司产品。

1.4 试样制备

胶料混炼分两段进行。一段混炼在转矩流变仪中进行，转子转速为45 r·min-1，最高混炼温度为110 ℃，混炼工艺为：二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→剩余硫黄和促进剂→薄通5次→下片。

混炼胶停放24 h以上后进行硫化。

1.5 测试分析

（1)生胶相对分子质量及其分布。采用GPC仪进行测试，标准样品为聚苯乙烯，流动相为四氢呋喃，流速为1.0 mL·min-1，温度为30 ℃。

（2)生胶玻璃化温度（Tg)。采用DSC仪进行测试，升温速率为5 ℃·min-1，氮气气氛。

（3)动态力学性能。采用DMA仪进行测试，在剪切模式下进行温度扫描，温度范围为－70～＋100 ℃，升温速率为5 ℃·min-1，频率为5 Hz。

（4)胶料其他性能测试按照相应国家标准进行。

2 结果与讨论

2.1 填充油性质

SSBR2557TH和2557S生胶结构相同，填充油类型不同。其中，SSBR2557TH填充TDAE，而SSBR2557S填充环烷油，填充油的基本性质如表1所示。

从表1可以看出，与SSBR2557S的填充油环烷油相比，SSBR2557TH的填充油TDAE的运动粘度较小，Tg较低，CA和CP较大，CN较小。填充油品对橡胶性能会产生一定影响。

表1 填充油性质

2.2 生胶相对分子质量及其分布

SSBR生胶的相对分子质量及其分布见表2。

从表2可以看出，与SSBR2557S相比，SSBR2557TH生胶的和较小，相对分子质量分布略宽，这可能是由于环烷油的油效应比TDAE大，可通过调整生胶的相对分子质量分布以控制胶料门尼粘度。

表2 SSBR生胶的相对分子质量及其分布

2.3 炭黑补强胶料

2.3.1 硫化特性

炭黑补强胶料的硫化特性见表3。

从表3可以看出，与炭黑补强SSBR2557S胶料相比，炭黑补强SSBR2557TH胶料的Fmax－FL较低，交联密度较小，硫化速度略快，但两种胶料的硫化特性总体差别不大。

表3 炭黑补强胶料的硫化特性（170 °C）

2.3.2 物理性能

炭黑补强胶料的物理性能见表4。

从表4可以看出，与炭黑补强SSBR2557S胶料相比，炭黑补强SSBR2557TH胶料的硬度较大，300%定伸应力和拉伸强度均较低，拉断伸长率相当，可能是SSBR2557TH相对分子质量较小的缘故。

表4 炭黑补强胶料的物理性能

2.3.3 动态力学性能

0 ℃时的损耗因子（tanδ)表征胶料的抗湿滑性能，20 ℃时的tanδ表征行驶操控性能，60 ℃时的tanδ表征滚动阻力，80 ℃时的tanδ表征生热。

炭黑补强胶料的tanδ与温度关系见图1和表5，弹性模量（G′)和损耗模量（G″)-温度曲线见图2。

从图1和表5可以看出，与炭黑补强SSBR2557S胶料相比，炭黑补强SSBR2557TH胶料的Tg略低，在0，20，60，80 ℃时的tanδ均略小，说明SSBR2557TH胶料的抗湿滑性能和行驶操控性能略差，滚动阻力和生热略低，这与SSBR的填充油品密切相关。SSBR2557TH填充油TDAE的CA和CP都较大，这可能是导致SSBR2557TH胶料生热低的原因，而CA较大，这可能是导致SSBR2557TH胶料抗湿滑性能和行驶操控性能差的原因。

表5 炭黑补强胶料在不同温度下的tan δ

图1 炭黑补强胶料的tan δ-温度曲线

从图2可以看出，炭黑补强的SSBR2557TH与SSBR2557S胶料的G′和G″基本相当。

图2 炭黑补强胶料的G′和G″-温度曲线

2.4 白炭黑补强胶料

2.4.1 硫化特性

白炭黑补强胶料的硫化特性见表6。

从表6可以看出，与白炭黑补强SSBR2557S胶料相比，白炭黑补强SSBR2557TH胶料的FL，Fmax和Fmax－FL较高，交联密度较大，硫化速度较快，但差别不大。

表6 白炭黑补强胶料的硫化特性（170 °C）

2.4.2 物理性能

白炭黑补强胶料的物理性能见表7。

表7 白炭黑补强胶料的物理性能

从表7可以看出，与白炭黑补强SSBR2557S胶料相比，白炭黑补强SSBR2557TH胶料的硬度较大，300%定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率较低，这可能是SSBR2557TH的相对分子质量较小所致。

2.4.3 动态力学性能

白炭黑补强胶料的动态力学性能见图3、表8和图4。

图4 白炭黑补强胶料的G′和G″-温度曲线

表8 白炭黑补强胶料在不同温度下的tan δ

图3 白炭黑补强胶料的tan δ-温度曲线

从图3 和表8 可以看出，与白炭黑补强SSBR2557S胶料相比，白炭黑补强SSBR2557TH胶料的Tg基本相同，在20 ℃时的tanδ略小，60和80℃时的tanδ相同，这说明SSBR2557TH胶料的行驶操控性能略差，而两种胶料的生热和滚动阻力基本相当。

从图4可以看出，白炭黑补强SSBR2557TH与SSBR2557S胶料的G′和G″相当。

2.5 白炭黑与炭黑对胶料动态力学性能的影响

2.5.1 SSBR2557TH胶料

白炭黑与炭黑补强SSBR2557TH胶料的tanδ-温度曲线见图5，G′和G″-温度曲线见图6。

从图5可以看出，两种补强剂补强SSBR2557TH胶料的Tg基本相同，tanδ不同。与炭黑补强SSBR2557TH胶料相比，白炭黑补强SSBR2557TH胶料的tanδ较小，生热和滚动阻力较低，但抗湿滑性能和行驶操纵性能较差。

图5 白炭黑与炭黑补强SSBR2557TH胶料的tan δ-温度曲线

从图6可以看出：与炭黑补强SSBR2557TH胶料相比，白炭黑补强SSBR2557TH胶料－10 ℃以上的G″略高；随着温度进一步升高，白炭黑补强SSBR2557TH胶料的G″逐渐接近炭黑补强胶料的G″，但G′却高于炭黑补强胶料的G′，可见白炭黑补强的SSBR2557TH胶料生热降低。

图6 白炭黑与炭黑补强SSBR2557TH胶料的G′和G″-温度曲线

2.5.2 SSBR2557S胶料

白炭黑与炭黑补强SSBR2557S胶料的tanδ-温度曲线见图7，G′和G″-温度曲线见图8。

图8 白炭黑与炭黑补强SSBR2557S胶料的G′和G″-温度曲线

从图7可以看出：与炭黑补强SSBR2557S胶料相比，白炭黑补强SSBR2557S胶料的Tg略高，tanδ略小，两种补强剂对SSBR2557S胶料性能的影响与对SSBR2557TH胶料性能的影响相似。

图7 白炭黑与炭黑补强SSBR2557S胶料的tan δ-温度曲线

从图8可以看出：在温度－10～＋43 ℃之间，白炭黑补强SSBR2557S胶料的G″略高于炭黑补强胶料，超过43 ℃时，G″低于炭黑补强胶料，G′远高于炭黑补强胶料，这与SSBR2557TH胶料不同；白炭黑补强SSBR2557TH胶料G″低于炭黑补强SSBR2557TH胶料的温度约为60 ℃，这是由于环烷油降低了SSBR2557S胶料的生热。

2.5.3 Tg

用DSC仪测试生胶的Tg，用DMA仪确定炭黑和白炭黑补强混炼胶的Tg，结果见表9。

从表9可以看出，SSBR2557TH生胶和白炭黑补强混炼胶的Tg分别高于SSBR2557S生胶和白炭黑补强混炼胶，SSBR2557TH炭黑补强混炼胶的Tg低于SSBR2557S炭黑补强混炼胶。

表9 SSBR生胶和混炼胶的Tg °C

3 结论

（1)SSBR2557TH填充的TDAE的CA和CP较大，SSBR2557S填充的环烷油CN较大，填充油不同使胶料性能不同。

（2)炭黑与白炭黑补强两种SSBR胶料的硫化特性分别相近，其中炭黑与白炭黑补强SSBR2557TH胶料的物理性能均略差。

（3)炭黑补强SSBR2557TH胶料在0，20，60和80 ℃时的tanδ均小于SSBR2557S胶料；白炭黑补强SSBR2557TH与SSBR2557S胶料在0，20，60和80 ℃时的tanδ基本相当。

（4)与SSBR2557S相比，SSBR2557TH生胶和白炭黑补强混炼胶Tg略高，炭黑补强混炼胶的Tg略低。