天然胶种类对胎面配方性能影响的研究

李万岭 张伟 褚风民

天然胶种类对胎面配方性能影响的研究

李万岭 张伟 褚风民

（天津市橡胶工业研究所有限公司，天津，300384）

研究了不同种类的天然橡胶对于胎面配方各项性能的影响，结果表明，各类不同种类的天然胶在不同性能上各有长短，选择天然胶的种类需要综合考虑胎面配方的性能侧重点。

天然胶；胎面配方

天然橡胶是轮胎配方中最常用的一种橡胶，但因各个产地之间的气候差异，不同地域割胶习惯各异以及各个工厂加工工艺的不同，导致天然橡胶之间存在明显的性能差异[1]，本文研究了轮胎行业常用的几种天然橡胶，通过对比各项性能之间的差异，总结各类天然橡胶的性能优缺点。

1 实验

1.1 主要原材料

泰国20#标胶STR20，泰国产品；马来西亚20#标胶SMR20，马来西亚产品；泰国3#烟片RSS3，泰国产品；国产5#标胶TSR5、国产10#标胶TSR9710、国产全乳标胶SCRWF，云南农垦产品；炭黑N234，卡博特有限公司；其他均为市售品。

表1 试验配方表

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1.2 配方

配方剩余部分为：防老剂3.5份，硫化剂8.25份，增粘剂0.5份。

1.3 主要仪器和设备

XK-160开炼机，广东湛江机械厂产品；实验用1.5L密炼机，广州华工百川自控科技有限公司产品；XQLB-380×350型平板硫化机，青岛橡胶机械厂产品；MDR2000型硫化仪、MV2000E型门尼粘度仪、RPA2000型橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；6800型电子拉力机，美国Instron公司产品；GABOMETER2000型压缩生热仪，德国GABO公司产品；LAT100型磨耗试验机，荷兰VMI公司产品。

1.3 试样制备

采用两段工艺：

一段在实验用1.5L密炼机上进行，混炼工艺为：初始转速50rpm，先将NR、炭黑、防老剂加入，混炼30秒，加剩余小料，压上顶栓，混炼50秒，提上顶栓翻胶，压上顶栓至160℃排胶；一段混炼完成后，停放24小时。

二段在开炼机上进行，混炼工艺为：母胶上辊预热，待母胶预热完全，将辊距调整至5～7毫米，均匀加入硫化剂、促进剂等剩余药粉，待药粉完全吃净，将辊距调整至1毫米，打三个三角包，然后调节辊距至合适厚度，将混炼胶出片。

混炼完成后，样品在实验室环境下停放24h，然后根据测试要求进行试样制备和硫化，硫化好的样品在实验室环境下停放24h后方可进行测试。

国标外的测试至少需要测试3个样品，保证各个测试数据之间的相对误差在15%以内，否则需要加测样品。

1.4 性能测试

对各个配方进行测试的项目及标准如下：

a、拉伸测试：GB/T 528-2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》；

b、撕裂测试GB/T 529-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定（裤形、直角形和新月形试样）》；

c、硬度测试：GB/T 531.1-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法第1部分：邵氏硬度计法（邵尔硬度）》；

d、密度测试：GB/T 533-2008《硫化橡胶或热塑性橡胶密度的测定》；

e、门尼粘度测试：GB/T 1232.1-2000《未硫化橡胶圆盘剪切粘度测定-门尼粘度的测定》；

f、回弹测试：GB/T 1681-2009《硫化橡胶回弹性的测定》；

g、热老化测试：GB-T 3512-2001《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》；

h、压缩生热测试：GB-T 1687-1993《硫化橡胶在曲挠试验中温升和耐疲劳性能的测定第2部分：压缩屈挠试验》；

i、流变性能测试：GB/T33095.1-2006《未硫化橡胶用动态无转子流变仪测定流变性能第一部分：频率扫描法》；

j、tanδ值（60℃）测试：使用RPA，测定在频率10Hz，应变5arc，温度60℃时tanδ值；

k、VMI磨耗（7°）测试：使用LAT100型磨耗试验机，将硫化好的样品在速度70km/h，压力50N，偏转角度7°的条件下，先预磨1km，取下试样测定重量m1，然后在上述条件下磨10km，取下试样测定重量m2，由前可以测得试样的密度为ρ，根据公式：

2 结果与讨论

2.1 流变性能

混炼胶的流变性能测试结果如表1-1～1-3所示。其中门尼焦烧时间的测试温度为125℃，流变仪的测试条件为150℃×60min。

表1-1 门尼测试结果

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 门尼黏度74.575.475.181.675.779.8

表1-2 门尼焦烧时间测试结果

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF t521.220.022.421.721.525.0 t3524.022.724.924.224.027.8

表1-3 流变仪测试结果

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF ML4.404.394.534.834.624.52 MH26.8029.9627.3327.6930.1130.34 t104.614.514.714.504.695.28 t305.515.435.525.255.506.17 t706.806.716.626.416.727.47 t9012.8212.7312.6412.4312.7413.49

从表1-1～表1-3中测试结果可知，除SCRWF配方外，其余各配方的流变性能差距不大，这说明各类天然橡胶对混炼胶流变性能的影响不大，但国产全乳标胶存在延迟硫化的现象。

2.2 力学性能

根据表1-3的测试结果，制定正硫化条件为150℃×20min，过硫化条件为150℃×60min，并进行100℃×48h的烘箱热氧老化测试，测试结果分别见表2-1～2-4。

表2-1 正硫化条件下的力学性能

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 邵氏A硬度/°656566666467 100%定伸应力/MPa3.193.13.082.983.133.22 300%定伸应力/MPa16.3615.5115.4214.8316.0516.52 拉伸强度/MPa29.9529.5529.3928.3729.4529.7 拉断伸长率/%484500512492455492 拉断永久变形%181818181418 撕裂强度/kN/m1241119810910099

表2-2 正硫化条件下老化后力学性能

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 邵氏A硬度/°686869696870 100%定伸应力/MPa3.993.913.984.324.24.53 300%定伸应力/MPa18.1417.4817.6219.4819.1119.46 拉伸强度/MPa29.0528.2927.8627.8527.6925.96 拉断伸长率/%464472452422418394 拉断永久变形%161618181616 撕裂强度/ kN/m687293677276

表2-3 过硫化条件下的力学性能

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 邵氏A硬度/°636365656467 100%定伸应力/MPa32.73.12.92.93.1 300%定伸应力/MPa15.7115.051515.5615.7815.6 拉伸强度/MPa28.5228.5427.6928.3630.4527.96 拉断伸长率/%480492488482492476 拉断永久变形%121416141616 撕裂强度/ kN/m1011201041056871

表2-4 过硫化条件下老化后的力学性能

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 邵氏A硬度/°656667676668 100%定伸应力/MPa3.233.273.713.733.544.04 300%定伸应力/MPa16.115.716.6416.8317.0917.81 拉伸强度/MPa25.5326.2725.7924.3825.2926.41 拉断伸长率/%439460448403428432 拉断永久变形%141416141414 撕裂强度/ kN/m635864555666

分析表2-1～表2-4中的测试数据，总体上讲，各类天然胶的抗硫化返原能力基本持平，国产天然胶的硬度高、300%定伸模量高，但强度低、抗撕裂性能差，抗硫化返原性能差，耐热老化性能稍劣；进口20#标胶的优点是具有更优异的抗撕裂能力、抗硫化返原能力和耐热老化能力；进口3#烟片胶的优点是强度最高，缺点是过硫后抗撕裂性能急剧下降。

2.3 耐疲劳性能

硫化条件和老化条件同2.2，分别测试正硫化、过硫化以及在老化后的耐疲劳性能，相关测试结果如图3-1～3-4所示。

图3-1 正硫化条件下裂口增长情况

图3-2 正硫化条件下老化后裂口增强情况

图3-4 过硫化条件下裂口增长情况

图3-5 过硫化条件下老化后裂口增长情况

分析表3-1～表3-4中的测试数据，可以看出，过硫和老化均会降低天然胶的耐裂口增能力，并且老化的劣化程度更深；横向对比可以看出，国产天然橡胶的耐裂口增长能力比进口天然胶更差；其中以国产5#标胶的该项性能最差。

2.4 硫化胶的动态性能

分别测试各个配方在150℃×20min正硫化条件下的压缩生热及滞后损失（tanδ），相关测试结果见表4-1、4-2。

表4-1 硫化胶的压缩生热

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 压缩生热/℃32.533.134.135.431.333.9

表4-2 硫化胶的滞后损失（tanδ）

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 60℃0.08870.09870.09780.09910.08610.1013 80℃0.08370.09270.09770.10190.08250.0981

由表4-1、表4-2的测试结果可以看出，不同种类的天然胶在滞后性能上的差距比较明显，其中国产天然胶的压缩生热和滞后损失要明显高于进口天然胶，其中以国产5#标胶TSR5的滞后损失最高，国产全乳标胶SCRWF作为国产胶中滞后损失最低的胶种，或能与进口天然胶相持平；泰国20#标胶STR20的滞后损失要低于马来西亚的20#标胶SMR20；同时该项测试也表明进口3#烟片胶RSS3的动态性能要明显优于各类颗粒型标准胶。

2.5 硫化胶的耐磨性

硫化条件和老化条件同前，分别测试正硫化、过硫化以及在老化后的耐磨性能，测试结果如表5-1～5-2所示。

表5-1 正硫化条件下硫化胶的磨耗

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 老化前0.0640.0660.0570.0710.0450.049 老化后0.2710.2890.2450.2820.2290.278

表5-2 过硫化条件下硫化胶的磨耗

项目试验配方 STR20SMR20TSR9710TSR5RSS3SCRWF 老化前0.0680.0690.0580.0890.0590.08 老化后0.2830.3220.2650.2760.2570.345

由上述两表中的测试结果可知，进口3#烟片RSS3的耐磨性能最佳；泰国20#标胶STR20稍优于马来西亚20#标胶SMR20；国产10#标胶TSR9710的耐磨性能要优于进口的20#标胶；而国产全乳标胶SCRWF在虽然在正硫化条件下的耐磨性能优于进口20#标胶，但其在过硫化后的耐磨性能迅速加下降；国产5#标胶TSR5的耐磨性最差，远不及同期的其余各类参比胶。

3 总结

a、进口3#烟片胶RSS3的各项性能最优。

b、泰国20#标胶STR20在综合性能上要优于马来西亚20#标胶SMR20。

c、国产天然胶总体的特点是高门尼、高硬度、高定伸模量、高生热、低强度、耐裂口增长能力差。

d、国产5#天然胶TSR5的动态性能和耐磨性能最差。

e、国产全乳标胶SCRWF的耐硫化返原性能最差。

f、国产10#标胶TSR9710没有特别明显的缺点，各项性能之间的平衡性较好。

[1]Abdul Aziz S.A. Kadir.Advances in Natural Rubber Production[J].Rubber Chemistry and Technology,1994:67(3):537-548。

2021总目录

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摘要

关键词

材料·配合

碳纤维对氯丁胶性能的影响…………………………………………张国宁高世阳（第1期01）

一种双组份水性聚氨酯黏合剂制备及其性能研究…………………袁建安吴力佳（第1期08）

12 项涉及化工领域行业修订标准公示…………………………………………陈静（第1期14）

丁腈橡胶/尼龙骨架材料粘合性能研究……………………………………………………………………………………………原晓城李文博姬燕飞张国宁王红梅郑玥梁庆（第2期01）

新型无机硅填料在矿用巨型工程机械轮胎基部胶中的应用………………李万岭（第2期05）

涉水振动、噪声控制橡胶（上）……………………………………………侯永振（第2期09）

气盾式橡胶坝气囊的设计…………………………姬燕飞 王红梅 原晓城 张国宁（第2期19）

橡胶阻尼减震机理……………………………………………………………陈爱志（第3期01）

HTPB型聚氨酯橡胶与金属粘接研究……………………袁建安 苗志军 吴力佳（第3期06）

氯丁橡胶电绝缘性能与物理机械性能的影响因素研究…………………………………………………………………………………………………………吴力佳 苗志军 袁建安（第3期12）

涉水振动、噪声控制橡胶（下）……………………………………………侯永振（第3期17）

特种水下动力电源用防腐内衬设计…………………………李渠 于海剑 阎中超（第4期01）

模压法和卷蒸法制备胶布制品对比研究…………原晓城 姬燕飞 马义明 张景亮（第4期07）

通过严格工程轮胎管理合理延长使用寿命…………………………吕德兴 黄书达（第4期14）

高性能水性阻尼涂料研究进展（上）………………………………………苗志军（第4期19）

耐油耐热老化胶布配方胶料的制备………………马义明 姬燕飞 原晓城 王红梅（第4期23）

高能量密度燃料与橡胶材料相容性研究…………陈妮妮 张永久 史成香 邹吉军（第5期01）

废纸浆和废胶粉复合材料相容性研究……………………张国宁 姬燕飞 原晓城（第5期18）

氯丁橡胶/碳纤维复合材料相容性的研究………姬燕飞 张国宁 原晓城 王红梅（第5期26）

橡胶材料耐低温性能测试方法对比…………………………………高世阳 王红梅（第6期01）

一种PET纤维无纺布复合水性丙烯酸酯弹性体隔膜技术研究……………………………………………………………………………………………………高光磊 赵同 兰正法（第6期07）

高性能水性阻尼涂料研究进展（下）………………………………………苗志军（第6期14）

某型精密设备包装箱橡胶密封条的改进研究…………………………………贺漫（第6期19）

大型耐寒农业轮胎的胎面配方设计…………………………张伟 李万岭 褚风民（第6期24）

天然胶种类对胎面配方性能影响的研究……………………李万岭 张伟 褚风民（第6期29）

工艺·综述

高分子材料在军事抗弹领域的应用………………姬燕飞 王红梅 原晓城 张国宁（第1期29）

橡塑设备管理与改进……………………………………………李学东 李昂 王伟（第2期28）

硫化橡胶粉基热塑性弹性体的加工应用……………………………………刘玉强（第3期27）

电气设备自动化中的PLC控制…………………………………………………张建（第3期29）

自动化仪表在橡胶工业及制造业中的应用……………………………………张建（第4期29）

聚氨酯水声吸声材料的发展及应用…………………………………………张林芳（第5期31）

外文连载

用于水下电子声学换能器技术透声材料的橡胶配件的研究及其老化特性（二十五）………………………………………………………………………………孙新 编译(第1期34)

气垫船动力学ACVSIM模型的初步验证（一）……………………………孙新 编译（第2期32）

气垫船动力学ACVSIM模型的初步验证（二）……………………………孙新 编译（第3期33）

气垫船动力学ACVSIM模型的初步验证（三）……………………………孙新 编译（第4期34）

气垫船动力学ACVSIM模型的初步验证（四）……………………………孙新 编译（第5期35）

李万岭（1991～），男，天津蓟州人，学士，天津市橡胶工业研究所有限公司助理工程师，主要从事减震降噪橡胶制品和巨型工程机械轮胎的研制研发工作。