炭黑补强ESBR1502/SSBR2466并用胶的性能研究

马秀菊，付友健，徐 艺，倪淑杰

（三角轮胎股份有限公司，山东 威海 264200）

橡胶复合材料研究中存在滚动阻力、抗湿滑性能和耐磨性能三大性能平衡问题，被称之为“橡胶魔三角”[1]。乳聚丁苯橡胶（ESBR）具有较好的耐磨性能和回弹，但抗湿滑性能较差。溶聚丁苯橡胶（SSBR）具有低滚动阻力、低生热、高抗湿滑性能，但其加工性能和弹性不佳[2-3]。为了改善SSBR的加工性能，通常将其与天然橡胶和顺丁橡胶共混以获得合适的性能[4-8]，但SSBR与不同用量和不同微观结构的ESBR共混的研究较少。

本工作对炭黑补强ESBR1502/SSBR2466并用胶的性能进行研究，以期为轮胎胎面胶的优化提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

ESBR，牌号为1502，中国石化齐鲁石油化工有限公司产品；SSBR，牌号2466，台橡股份有限公司产品；炭黑，牌号为IRC 4#，宁波德泰化学有限公司产品。

1.2 试验配方

ESBR/SSBR 100，炭黑 50，环保油 10，氧化锌 3，硬脂酸 1，硫黄 2，促进剂TBBS 1.5 。

1.3 主要设备和仪器

SBEN160/120-2X型密炼机，德国克虏伯公司产品；LOH-9000型开炼机，泰国LabTech公司产品；MDR2000型无转子流变仪和MV2000型门尼粘度仪，美国阿尔法科技有限公司产品；TIME5420型邵尔A型硬度计，时代集团公司产品；GT-7014H型电热平板硫化机和GT-AI-7000M型电子拉力机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；Roell5019型回弹仪，德国Zwich公司产品；EPLEXOR 500N型动态粘弹性分析（DMA）仪，德国GABO公 司产 品；AVANCE IIITM 400MHz型核磁共振波谱（NMR）仪，瑞士布鲁克集团产品；DSC-1型差示扫描量热（DSC）仪，瑞士梅特勒-托利多公司产品；PL-GPC50型凝胶渗透色谱（GPC）仪，美国安捷伦科技公司产品。

1.4 试样制备

胶料混炼分两段在密炼机中进行。一段混炼加料顺序为：ESBR和SSBR→炭黑、环保油、氧化锌、硬脂酸→排胶。二段混炼加料顺序为：一段混炼胶→硫黄和促进剂TBBS→排胶。胶料在开炼机上混炼均匀→薄通6次→下片。

胶料采用电热平板硫化机硫化，硫化条件为150 ℃×36 min。

1.5 测试分析

（1）微观结构。采用NMR仪对SSBR的微观结构进行分析[3]，用1H谱测试苯乙烯、1，2-丁二烯和1，4-丁二烯的质量分数，用13C谱测试顺式1，4-丁二烯和反式1，4-丁二烯的质量分数。

（2）热稳定性能。采用DSC仪分析生胶的热稳定性能，测试玻璃化温度（Tg）。

（3）相对分子质量及其分布。采用GPC仪分析生胶的相对分子质量及其分布。

（4）动态力学性能。采用DMA仪在双悬臂模式下进行温度扫描，测试条件为：温度－60～80 ℃，频 率 10 Hz，升 温 速 率 2 K·min-1。

（5）胶料其他性能按相应国家标准测定。

2 结果与讨论

2.1 ESBR1502和SSBR2466的理化性能

ESBR1502和SSBR2466的理化性能如表1所示。

从表1可以看出：ESBR1502和SSBR2466的微观结构相差较大，ESBR1502的反式1，4-丁二烯质量分数较大，Tg较低；SSBR2466的1，2-丁二烯质量分数较大，门尼粘度和相对分子质量较大，PDI较小。

表1 ESBR和SSBR的理化性能

2.2 硫化特性

ESBR1502/SSBR2466并用胶混炼胶的焦烧时间和硫化特性见表2。拟合得到的ESBR1502/SSBR2466并用胶混炼胶Fmax－FL，t90－t10和ts1与ESBR1502用量的关系曲线分别见图1和2。

从表2及图1和2可以看出：随着ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用胶混炼胶的Fmax－FL（可以表征交联密度）呈抛物线增大趋势，相关因数（R2）为0.920 9；t90－t10呈增大趋势，R2为0.959 5；ts1在ESBR1502用量为0～20份时呈增大趋势，在ESBR1502用量为20～100份时呈线性下降趋势，R2为0.983 6。

表2 混炼胶的硫化特性

图1 ESBR1502/SSBR2466并用胶混炼胶的Fmax－FL和t90－t10与ESBR1502用量关系的拟合曲线

图2 ESBR1502/SSBR2466并用胶混炼胶的ts1与ESBR1502用量关系的拟合曲线

2.3 物理性能

ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的物理性能见表3。

从表3可以看出：随着ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的邵尔A硬度先略微增大后减小，ESBR1502/SSBR2466并用比为50/50时最大；全ESBR1502硫化胶的拉伸强度和拉断伸长率最大。这是由于ESBR1502/SSBR2466并用后，并用胶的相对分子质量及其分布发生变化所致，拉伸性能受到相对分子质量及其分布的影响。

表3 ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的物理性能

拟合得到的ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶回弹和耐磨性能与ESBR1502用量的关系曲线分别见图3和4。

从图3和4可以看出：随着ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的回弹值呈增大趋势，R2为0.996 3，具有较好的相关性；DIN磨耗指数呈线性增大趋势，R2为0.915 4，具有较好的相关性。

图3 ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的回弹性与ESBR1502用量关系的拟合曲线

图4 ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的耐磨性能与ESBR1502用量关系的拟合曲线

2.4 动态力学性能

在一定频率范围内，可用0 ℃下的损耗因子（tanδ）来表征硫化胶的抗湿滑性能，tanδ越大，硫化胶的抗湿滑性能越好；60 ℃下的tanδ来表征硫化胶的滚动阻力，tanδ越小，硫化胶的滚动阻力越低。0和60 ℃下ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的tanδ见表4。拟合得到的0 ℃下ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶tanδ与ESBR1502用量的关系曲线见图5。

表4 ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的tanδ

图5 ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶0 °C的tanδ与ESBR1502用量关系的拟合曲线

从表4和图5可以看出：随着ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的抗湿滑性能呈下降趋势，R2为0.996 5，具有较好的相关性；60 ℃下的tanδ基本一致，即滚动阻力无明显变化。

3 结论

（1）随着ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用胶混炼胶的交联密度增大，硫化速率减小，门尼焦烧时间缩短，硫化特性与ESBR1502用量之间均具有较好的相关性。

（2）全ESBR1502硫化胶的拉伸强度和拉断伸长率大于ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶，并用胶硫化胶的拉伸性能受到相对分子质量及其分布的影响。

（3）随着ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的弹性和耐磨性能提高，其与ESBR1502用量之间具有较好的相关性。

（4）随着ESBR1502用量的增大，ESBR1502/SSBR2466并用胶硫化胶的抗湿滑性能下降，两者之间具有较好的相关性。