钕系顺丁橡胶在缺气保用轮胎支撑胶中的应用

郑 涛，潘 超，张 宁，龙飞飞，姜 杰，徐 岩

（山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东 枣庄 277300）

钕系顺丁橡胶（BR）是以稀土钕化合物为主要催化剂合成的高顺式1，4-结构含量的聚丁二烯。钕系BR具有规整的链结构，平均相对分子质量大，相对分子质量分布可调，其在拉伸作用下表现出类似天然橡胶（NR）的诱导结晶性能，因而具有较高的生胶强度。钕系BR自粘性能好，加工性能优异，在耐磨、耐疲劳、耐老化、耐生热等方面优于传统的镍系、钛系和钴系BR，有助于降低轮胎的滞后损失和内生热，同时改善轮胎内部老化、龟裂等现象，从而提高轮胎的耐久性能和高速性能。钕系BR符合当今社会对绿色轮胎节能、安全、耐用和环保等方面的需求[1-4]，是开发高性能轮胎、节能轮胎和安全轮胎的优选胶种[5-6]。

随着我国汽车保有量的飞速增长，轮胎行业高速发展。传统轮胎一旦被扎破，会立即失压，胎侧塌陷，驾驶者会失去对车辆的操控能力，即便是在较低的行驶速度下也有可能发生交通事故。据不完全统计，46%的高速公路交通事故是由轮胎故障引起的，而爆胎引起的事故占轮胎故障事故的70%左右。为提高轮胎的附加值，增大安全系数，缺气保用轮胎应运而生。

目前，缺气保用轮胎主要应用于劳斯莱斯、奔驰、宝马等豪华车型，随着车辆的全民私有化以及国民对安全的重视，其市场前景广阔[7]。

我公司开发的缺气保用轮胎是在失压情况下依靠胎侧刚性或支撑结构能够继续行驶一段时间的轮胎，其安全性和操纵性能较高，给车主出行安全带来便利。本工作主要研究钕系BR在缺气保用轮胎支撑胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，TSR20，马来西亚产品；钕系BR，牌号CB24，朗盛化学（中国）有限公司产品；炭黑N550，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；工艺油V700，上海麒祥化工科技有限公司产品；氧化锌，安丘市恒山锌业有限公司产品；硬脂酸，青岛旭谦进出口有限公司提供；防焦剂CTP和抗硫化返原剂PK900，山东阳谷华泰化工股份有限公司产品；促进剂TiBTD、促进剂TBBS、防老剂4020和防老剂RD，山东尚舜化工有限公司产品；不溶性硫黄HSOT-20母胶（NR/不溶性硫黄HSOT-20质量比为70/30），自制。

1.2 试验配方

原配方：NR 97，炭黑N550 70，工艺油V700 2，氧化锌 4，硬脂酸 1，防焦剂CTP/抗硫化返原剂PK900 2.2，防老剂4020/防老剂RD/促进剂TBBS 5.3，不溶性硫黄HSOT-20母胶4.29。

试验配方：NR 67，钕系BR 30，防老剂4020/防老剂RD/促进剂TBBS/促进剂TiBTD 7，防焦剂CTP/抗硫化返原剂PK900 2.3，配方其他组分及用量同原配方。

1.3 主要设备和仪器

X（S）M-1.5X型密炼机、XK-160型开炼机和XLB-400-400型四立柱平板硫化机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司产品；XM-270型密炼机和XKR-660型开炼机，软控股份有限公司产品；MV3000型门尼粘度仪，德国Montech公司产品；RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；3365型电子拉力机，美国英斯特朗公司产品；Z3130型硬度计，德国Zwick公司产品。

1.4 混炼工艺

1.4.1 小配合试验

小配合试验胶料采用2段混炼工艺，一段混炼在X（S）M-1.5X型密炼机（填充因数为0.7）中进行，转子转速为65 r·min-1，混炼工艺为：加入NR，混炼30 s→加入硬脂酸等小料，混炼15 s→加入炭黑，混炼至105 ℃→加入工艺油V700，混炼至125℃→清扫→排胶（135 ℃），使用XK-160型开炼机下片，停放6 h后备用。二段混炼在XK-160型开炼机上进行，辊温为（50±5）℃，混炼工艺为：根据胶量调整辊距，加入一段混炼胶，通过打卷、打三角包方式捣胶至胶料均匀包辊，加入不溶性硫黄HSOT-20母胶、促进剂和氧化锌等，左右3/4割胶各3次，调整辊距薄通10次，下片、待用。

1.4.2 大配合试验

大配合试验胶料采用SSM低温一步法炼胶工艺，NR与硬脂酸、不溶性硫黄HSOT-20母胶、促进剂和氧化锌等小料在XM-270型密炼机中初步混炼均匀后，排放到XKR-660型开炼机上，压制成片后分流给4组全自动混炼开炼机，胶料在每组混炼开炼机上实现自动混炼，全过程为补充混炼、冷却和收取[8-14]。

1.5 性能测试

胶料性能和成品轮胎性能均按照相应国家标准和企业标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 小配合试验

2.1.1 硫化特性

小配合试验胶料的硫化特性见表1。

从表1可以看出：与原配方胶料相比，试验配方胶料的门尼粘度降低，门尼焦烧时间延长，胶料的加工性能和加工安全性提高；FL和Fmax均减小，t10和t50延长。

表1 小配合试验胶料的硫化特性

2.1.2 物理性能

小配合试验硫化胶的物理性能见表2。

从表2可以看出：与原配方硫化胶相比，试验配方硫化胶的硬度降低，拉伸强度、撕裂强度和回弹值提高，压缩疲劳温升大幅降低，钕系BR的低生热性能得到体现，有利于提高缺气保用轮胎的低气压性能。

表2 小配合试验硫化胶的物理性能

2.2 大配合试验

2.2.1 硫化特性

大配合试验胶料的硫化特性见表3。

从表3可以看出，大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。

表3 大配合试验胶料的硫化特性

2.2.2 物理性能

大配合试验硫化胶的物理性能见表4。

表4 大配合试验硫化胶的物理性能

从表4可以看出，与原配方硫化胶相比，试验配方硫化胶的硬度降低，拉伸强度、撕裂强度和回弹值提高，压缩疲劳温升大幅降低，大配合试验结果与小配合试验结果基本一致。

2.3 成品性能

采用试验配方试制成品缺气保用轮胎，并以225/45R18 95W FRD866缺气保用轮胎为例进行成品性能对比试验。

2.3.1 强度性能

轮胎强度性能按GB/T 4502—2009《轿车轮胎性能室内试验方法》进行测试。结果表明：试验轮胎第1—4点破坏能均超过标准规定值（588 J），第5点破坏能为690 J（未压穿），为标准规定值的117%；原生产轮胎第1—4点破坏能均超过标准规定值（588 J），第5点破坏能为606 J（未压穿），为标准规定值的103%。试验轮胎强度性能良好，优于原生产轮胎。

2.3.2 耐久性能

轮胎耐久性能按GB/T 4502—2009进行测试，试验条件及结果如表5所示。

表5 成品轮胎耐久性试验条件及结果

从表5可以看出：试验轮胎累计行驶时间为46.4 h，通过第7阶段，已满足研发标准，超过国家标准要求；试验轮胎的耐久性能优于原生产轮胎。

2.3.3 高速性能

轮胎高速性能按照企业标准QB GP 04—2017《轿车子午线轮胎高速性能试验方法》进行测试，试验条件及结果如表6所示。

从表6可以得出：试验轮胎累计行驶时间为1.48 h，通过第7阶段，已满足研发标准，超过国家标准要求；试验轮胎的高速性能优于原生产轮胎。

表6 成品轮胎高速性能试验条件及结果

2.3.4 零气压性能

轮胎零气压性能按照企业标准Q/B NP03—2017《自体支撑型缺气保用轮胎耐久性能试验方法》进行测试，试验轮胎充气压力为零，负荷率为65%，试验速度为80 km·h-1。试验结果表明，试验轮胎累计行驶时间为88 min，原生产轮胎为58 min，试验轮胎的缺气保用性能比原生产轮胎大幅提高。

3 结论

在缺气保用轮胎支撑胶配方中使用钕系BR等量替代30份的NR，胶料的加工性能和加工安全性提高，硫化胶的硬度降低，拉伸强度、撕裂强度和回弹值提高，压缩疲劳温升大幅降低，钕系BR的低生热性能得到体现，有利于提高缺气保用轮胎的低气压性能。成品轮胎的强度性能、耐久性能、高速性能和零气压性能均提高，均满足相应国家标准和企业标准要求。