不同结构顺丁橡胶在载重子午线轮胎胎侧胶中的应用

任夫云，张世鑫，孙宝余，张玉芬

（三角轮胎股份有限公司，山东 威海 264200）

随着轮胎行业的不断发展，人们对轮胎性能的要求越来越高。子午线轮胎的胎侧胶相对较薄，动态变形大，胶料在动态变形及臭氧等作用下容易发生屈挠龟裂[1]，因此要求胎侧胶具有良好的耐屈挠性能。载重子午线轮胎的胎体一般是由一层钢丝帘布组成，胎体比较柔软，同时胎侧较薄，如果胎侧出现裂口，水分、氧气等会渗入胎体，引起钢丝帘线生锈，导致轮胎性能失效，因此胎侧胶要具有良好的抗撕裂性能、优异的耐老化性能、低滞后损失以及良好的半成品粘性[2]。

胎侧胶一般采用天然橡胶（NR）/顺丁橡胶（BR）并用体系，BR具有弹性高、生热低、耐低温和耐屈挠等优异性能，可提高胎侧胶的耐屈挠龟裂性能，同时并用BR能有效改善胎侧顺向裂口的问题。不同结构的BR对胎侧胶性能的影响不同：高顺式含量BR，如钕系BR，能提高胎侧胶的弹性，降低生热；低顺式含量BR，如锂系BR，能改善胎侧胶的混炼、挤出工艺性能等。但BR的撕裂强度低，因此通常与NR并用，以提高胶料的拉伸性能及抗撕裂性能[3-4]。

本工作主要研究3种不同结构BR在载重子午线轮胎胎侧胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，SMR20，马来西亚产品；BR，牌号9000，中国石化齐鲁石油化工公司产品；钕系BR，牌号Nd22EZ，德国朗盛化学公司产品；锂系BR，牌号BR-A，1，4-顺式结构，质量分数为0.43，韩国A公司产品。

1.2 试验配方

试验配方如表1所示。

表1 试验配方 份

1.3 主要设备和仪器

1.5 L密炼机，德国克虏伯公司产品；XK-160型开炼机，上海双翼橡塑机械股份有限公司产品；YH33-50型平板硫化机，萍乡九州精密压机有限公司产品；GT-7080S2型门尼粘度仪和DM-3000A型无转子硫化仪，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；动态力学分析（DMA）仪，美国TA公司产品。

1.4 试样制备

胶料采用两段混炼工艺，均在1.5 L密炼机中进行。一段混炼初始转子转速为100 r·min-1，混炼工艺为：生胶、小料→压压砣（40 s）→3/4炭黑→压压砣（60 s）→剩余炭黑和油→调整转子转速为80 r·min-1，压压砣（3 min）→排胶；二段混炼转子转速为50 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶、硫黄、促进剂→压压砣（3.5 min）→排胶；终炼胶在开炼机上薄通6次，下片。

胶料在平板硫化机上硫化，1#和2#配方胶料的硫化条件为160 ℃×11 min，3#和4#配方胶料的硫化条件为160 ℃×13 min。

1.5 性能测试

各项性能均按照相应的国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

3种BR胶料的硫化特性如表2所示。

表2 3种BR胶料的硫化特性

从表2可以看出：在4种配方胶料中，2#配方胶料的门尼粘度最大，即Nd22EZ与炭黑的反应最剧烈，胶料的加工性能最差；与1#配方胶料相比，3#和4#配方胶料的门尼粘度增大；对比3#和4#配方胶料，BR-A用量增大，胶料的门尼粘度增大，这是因为BR-A分子链经过化学改性，改善了其与填料之间的相互作用；4种配方胶料的门尼焦烧时间相当，均具有良好的焦烧安全性。

在4种配方胶料中，2#配方胶料的交联密度最大，说明Nd22EZ与填料的相互作用最大，其次是3#配方胶料，即含BR-A配方胶料，两种BR均经过化学改性，改善了橡胶与填料之间的相互作用。对比3#与4#配方胶料，BR-A用量增大，胶料的交联密度增大，橡胶与填料之间的相互作用增强。在4种配方胶料中，3#配方胶料的t25和t90最长，硫化速度最慢。与BR9000胶料相比，随着BR-A用量的增大，胶料的硫化速度逐渐减小，这主要是由于BR-A中的顺式结构含量较低所致。

2.2 物理性能

3种BR硫化胶的物理性能如表3所示，其中M300/M100表示300%定伸应力/100%定伸应力之比。

表3 3种BR硫化胶的物理性能

从表3可以看出：与1#配方胶料相比，2#配方胶料的300%定伸应力增大28%，同时M300/M100达到4.3，说明Nd22EZ与填料的相互作用明显大于BR9000与填料的相互作用，且在3种BR中Nd22EZ与填料的相互作用最大。2#配方胶料的拉伸强度和撕裂强度在4种配方胶料中均最大，这主要是由于Nd22EZ是钕系高顺式1，4-BR，分子结构中有大量长支链且分子链经过化学改性，分子结构中顺式含量高，在外力作用下容易产生应力诱导结晶，同时分子链柔顺性高，胶料的回弹值大、生热低。

与1#配方胶料相比，3#配方胶料的M300/M100略大，说明BR-A胶料中填料的分散性略优于BR9000胶料，但是3#配方胶料的拉伸强度和撕裂强度在4种配方胶料中均最小，这是由于BR-A为低顺式含量BR，应力诱导结晶效应差，自补强效果较差。BR-A分子链经过化学改性，填料分散性较好，因此即使BR-A中顺式含量较低，硫化胶的高温回弹值也只略低于含Nd22EZ的胶料。

与3#配方胶料相比，4#配方胶料的拉伸强度和撕裂强度增大，回弹值减小，这是由于BR-A分子链经过改性，改善了填料的分散效果。

2.3 耐热氧老化性能

3种BR硫化胶热氧老化后性能见表4。

表4 3种BR硫化胶热氧老化后性能

从表4可以看出，由于70 ℃×96 h的老化条件相对温和，4种胶料的拉伸性能保持率均不小于90%，耐老化性能均较好，其中3#配方胶料的耐老化性能最佳，这是由于锂系BR相比其他BR在生产过程中含有较少的过渡金属离子，因此BR-A胶料的拉伸性能保持率较大，耐老化性能较好。

2.4 动态力学性能

采用DMA仪对硫化胶进行应变扫描，测试条件为：静态应变 10%，动态应变范围0.1%～5.0%，频率 10 Hz。3种BR硫化胶的动态力学性能如表5所示，其中tanδ为损耗因子，E′为储能模量。

表5 3种BR硫化胶的动态力学性能

从表5可以看出，在4种配方胶料中，2#配方胶料的tanδ最小，即Nd22EZ胶料的生热最低。当应变为5.0%时，与1#配方胶料相比，2#配方胶料的tanδ减小18.4%；3#配方胶料的tanδ比2#配方胶料增大约3%，说明BR-A胶料的生热略高于Nd22EZ胶料，1#配方胶料的tanδ最大，生热最高；4#配方胶料的生热性能介于1#与3#配方胶料之间。

3 结论

在载重子午线轮胎胎侧胶中，加入Nd22EZ胶料的拉伸强度和撕裂强度最大，生热最低，但加工性能较差，耐老化性能与BR9000胶料同水平；加入BR-A胶料的生热略高于Nd22EZ胶料，其拉伸强度和撕裂强度与BR9000胶料同水平，加工性能介于Nd22EZ胶料与BR9000胶料之间，耐老化性能最佳；加入BR9000胶料的生热最高，但加工性能最佳；BR9000/BR-A并用胶的拉伸强度、撕裂强度和生热等性能介于BR9000胶料与BR-A胶料之间，耐老化性能优于BR9000胶料。