聚合物中空微球在胎面胶中的应用性能研究

2021-08-16王雷雷王丽静郑方远解希铭

科学技术创新 2021年22期

王雷雷王丽静郑方远解希铭

（中国石油化工股份有限公司北京化工研究院燕山分院，橡塑新型材料合成国家工程研究中心，北京 102500）

近年来，随着社会的发展，绿色环保成为未来发展趋势，在轮胎工业中绿色轮胎由于具有低滚动阻力、节油环保的特点而备受关注。随着全球范围内越来越多的国家实施轮胎标签法规，对轮胎滚动阻力和抗湿滑性的等级要求越来越高，因此研究如何降低轮胎滚动阻力、提高抗湿滑性的对中国轮胎工业绿色升级具有重要意义。

聚合物中空微球由于具有低密度、光散射性好、比表面积高、热绝缘性优良等优点，在轻质填料、高性能遮光涂料、微胶囊、皮革等领域有广泛应用[1-5]。目前在橡胶应用领域的研究较少。

本文采用聚合物中空微球替代部分白炭黑，研究了聚合物中空微球不同替代量对复合材料性能的影响。

1 实验部分

1.1 原料

溶聚丁苯橡胶：SSBR2636，中国石化燕山橡胶分公司产品；顺丁橡胶：BR9000，中国石化茂名分公司产品；聚合物中空微球：粒径300nm，北京化工大学提供；8#参比炭黑：天津亿博瑞化工有限公司；白炭黑165MP：青岛罗地亚公司产品；氧化锌、硬脂酸及其他助剂均为市售级工业产品。

1.2 配方

实验配方（质量分数）：SSBR2636 103，BR9000 25，8#炭黑5，白炭黑165MP变量，聚合物中空微球变量（白炭黑和聚合物中空微球共77份，聚合物中空微球替代白炭黑份数分别为0,4,8,12,16），S 1.4 ，促D 1.7 ，促TBBS 1.9 ，其它助剂27.3 。

1.3 试样制备

采用两段混炼工艺，一段物料为SSBR2636、BR9000、8#炭黑、白炭黑165MP、聚合物中空微球和其他助剂。二段物料为S、促D和促TBBS。

硫化胶制备：硫化温度为160℃，压力15 MPa，硫化时间根据无转子硫化仪测得的正硫化时间tc90确定。

1.4 性能测试

（1）门尼粘度：按GB/T 1232.1-2016，在台湾高铁检测仪器有限公司生产的GT-7080-S2型门尼粘度计上进行测试，测试条件为ML(1+4)100℃。

2）Payne效应：采用美国Alpha公司的橡胶加工分析仪RPA2000对混炼胶进行应变扫描。应变范围0.7%-100%，频率1 Hz，温度60℃。

（3）硫化特性：按GB/T 16584-1996标准采用无转子硫化仪（GT-M2000-A型，台湾高铁公司）测定，测试温度160℃。

（4）力学性能：采用日本岛津AG-20KNG型电子拉力机测试，按照GB/T 528-2009测试胶料拉伸应力应变性能，按照GB/T 531.1-2008测试邵尔A硬度。

5）动态力学性能：温度扫描在德国GABO公司EPLEXOR 500 N动态热机械分析仪上进行，采用拉伸夹具，测试频率为11 Hz、温度范围：-80～80℃，升温速率3℃/min，静态应变1%，动态应变0.25%。

（6）DIN磨耗：按照国标《GB/T 9867-2008硫化橡胶耐磨性能的测定(旋转辊筒式磨耗机法)》规定，采用DIN磨耗仪测试（GT-7012-D，台湾高铁仪器检测有限公司）硫化橡胶的相对体积磨耗量。

2 结果与讨论

2.1 门尼粘度

门尼粘度可以表征胶料的加工性能。胶料的门尼粘度大，塑性差，胶料不易混炼均匀以及加工性能差。聚合物中空微球替代量对胶料的门尼粘度的影响如表1所示。

从表1可以看出，随着聚合物中空微球替代量的增大，混炼胶的门尼粘度逐渐减小，说明聚合物中空微球的加入能够提高胶料的加工性能。

表1 聚合物中空微球替代量对胶料门尼粘度的影响

2.2 Payne效应

聚合物中空微球替代量对胶料的Payne效应的影响如图1和表2所示。

从图1和表2可以看出，随着聚合物中空微球用量的增加，Payne效应逐渐减弱，说明聚合物中空微球能够改善填料在橡胶基体中的分散性。

图1 不同聚合物中空微球替代量的混炼胶G’-应变曲线

表2 不同聚合物中空微球替代量的混炼胶的ΔG’

2.3 硫化特性

聚合物中空微球替代量对胶料的硫化特性的影响如表3所示。

从表3可以看出，随着聚合物中空微球替代量的增大，混炼胶的焦烧时间总体延长，说明聚合物中空微球能够延长混炼胶的焦烧时间，对胶料的加工安全性有利。胶料的（tc90-tc10）值可以用来表征热硫化阶段的硫化速度，（tc90-tc10）值越小硫化胶的硫化速度越快。从表3中可以看出，添加少量聚合物中空微球时，硫化速度增大，但随着聚合物中空微球替代量的增大，混炼胶的硫化速度逐渐减小。