中結(jié)合苯乙烯含量丁苯橡膠在輪胎中的應(yīng)用研究*

趙志超，胡 瑋，龔光碧，任福君，胡育林，燕鵬華

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 石油化工研究院,北京 100083；2.西北師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；3.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 撫順石化公司烯烴廠，遼寧 撫順 113008；4.杭州中策橡膠有限公司,浙江 杭州 311402)

2010年，中國(guó)石油天然氣股份有限公司石油化工研究院(以下簡(jiǎn)稱石化院)自主研發(fā)了滿足歐盟環(huán)保要求的環(huán)保型丁苯橡膠SBR1723N[1-2](結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.5%，填充克拉瑪依石化環(huán)保橡膠填充油NAP-10[3])，輪胎廠家試用檢測(cè)結(jié)果表明，SBR1723N具有生熱低、滾動(dòng)阻力小的特點(diǎn)，但其抗?jié)窕阅茌^差。通過(guò)對(duì)米其林、固特異以及普利司通等世界輪胎生產(chǎn)巨頭的輪胎產(chǎn)品進(jìn)行解剖分析，發(fā)現(xiàn)凡是V速度級(jí)別(240 km/h)以上的高速輪胎，其胎面膠結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于23.5%。有研究結(jié)果表明，由結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～36%丁苯橡膠制備而得的輪胎的滯后性能及抗?jié)窕粤己谩Ｓ纱?，本工作提出通過(guò)適當(dāng)提高丁苯橡膠中的結(jié)合苯乙烯含量，以改善橡膠輪胎的抗?jié)窕阅?，同時(shí)不失去其生熱低及滾動(dòng)阻力小等特點(diǎn)。另外，目前國(guó)內(nèi)正新輪胎有限公司及普利司通輪胎有限公司均使用波蘭進(jìn)口的同類產(chǎn)品，市場(chǎng)缺口較大。為了滿足市場(chǎng)需求以及改善SBR1723N產(chǎn)品性能，石化院自主開(kāi)發(fā)出中結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.5%的環(huán)保型丁苯橡膠SBR1756，其中NAP-10填充量為37.5份。

本工作主要考察了SBR1756制備的輪胎的流變性能、滾動(dòng)阻力、抗?jié)窕阅芗澳ズ男阅?，并與使用SBR1723N制備的輪胎的性能進(jìn)行了對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

SBR1756：結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為31.5%，中國(guó)石油蘭州化工研究中心生產(chǎn)；SBR1723N：結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為23.5%，中國(guó)石油蘭州石化公司生產(chǎn)；炭黑、促進(jìn)劑、氧化鋅、硫黃、硬脂酸等均為市售。

1.2 儀器設(shè)備

雙輥開(kāi)煉機(jī)：φ160×320，廣東湛江橡塑機(jī)械廠；動(dòng)態(tài)力學(xué)性能(DMA)測(cè)定儀：法國(guó)01dB-Metravib公司；阿克隆耐磨耗試驗(yàn)機(jī)：MZ-4061，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司。

1.3 試樣制備

基本配方(質(zhì)量份)：SBR 137.5，炭黑68.75，促進(jìn)劑TBBS 1.38，氧化鋅3.0，硫黃 1.75，硬脂酸 1.0。樣品按GB/T8656(2B)進(jìn)行制備。

1.4 分析與測(cè)試

(1) DMA測(cè)試：采用法國(guó)01dB-Metravib公司的DMA動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)定儀測(cè)定不同試樣的動(dòng)態(tài)儲(chǔ)能模量隨溫度的變化曲線以及損耗因子隨溫度的變化情況。測(cè)試條件：掃描頻率10 Hz，掃描溫度-800～80 ℃，升溫速率3 ℃/min，拉伸模式，拉伸形變率0.1%。

(2) 耐磨耗性能測(cè)試：采用江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司型號(hào)為MZ-4061的試驗(yàn)機(jī)，測(cè)定試樣一定里程的磨耗體積。測(cè)試條件：將試樣預(yù)磨15～20 min后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，試樣行駛1.61 km后，關(guān)閉電機(jī)，取下試樣，刷掉膠屑，在1 h內(nèi)稱量，準(zhǔn)確到0.001 g。

2 結(jié)果與討論

2.1 流變性能對(duì)比

由SBR1756與SBR1723N制備的輪胎的流變性能對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 流變性能對(duì)比

由表1可以看出，在相同的硫化溫度和硫化時(shí)間下，SBR1756與SBR1723N的流變性能一致。

2.2 老化前后性能對(duì)比

由SBR1756與SBR1723N制備而得的輪胎的老化性能對(duì)比見(jiàn)表2。

表2 老化前后性能對(duì)比

由表2可以看出，老化前后SBR1756的100%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度均稍高于SBR1723N，老化前SBR1756的回彈性低，其它性能相當(dāng)。這主要是因?yàn)镾BR1756中結(jié)合苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)較SBR1723N高7%左右，因此其撕裂強(qiáng)度略高。

2.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能對(duì)比

SBR1756與SBR1723N制備的輪胎的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能對(duì)比見(jiàn)表3。損耗因子tanδ為儲(chǔ)能模量與損耗模量的比值，損耗因子主要與硫化膠作為胎面膠時(shí)的牽引力、滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕阅芟嚓P(guān)，0 ℃下?lián)p耗因子越大，抗?jié)窕栽胶肹4-7]；60 ℃下?lián)p耗因子越小，表明其滾動(dòng)阻力越小[8-9]。

表3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能對(duì)比

從表3可以看出，0 ℃時(shí)SBR1756的tanδ高于SBR1723N，說(shuō)明SBR1756的抗?jié)窕阅軆?yōu)于SBR1723N；而60 ℃時(shí)SBR1756和SBR1723N的tanδ相差不大，說(shuō)明兩者的滾動(dòng)阻力相當(dāng)。這是因?yàn)槎”较鹉z中結(jié)合苯乙烯含量越高，所制備輪胎的抗?jié)窕阅茉胶?，而滾動(dòng)阻力越大。由于SBR1756結(jié)合苯乙烯含量高于SBR1723N，但因其所用橡膠填充油為NAP-10，其特點(diǎn)是生熱和滾動(dòng)阻力低，從而彌補(bǔ)了結(jié)合苯乙烯含量提高而對(duì)膠料滾動(dòng)阻力性能帶來(lái)的負(fù)面影響。

2.4 磨耗性能對(duì)比

SBR1756與SBR1723N制備輪胎的阿克隆磨耗性能對(duì)比見(jiàn)表4。

表4 磨耗性能對(duì)比

磨耗體積越小，說(shuō)明產(chǎn)品的磨耗性能越好。由表4可知，因SBR1756中結(jié)合苯乙烯含量高于SBR1723N，所以SBR1756磨耗性能優(yōu)于SBR1723N。

3 結(jié) 論

(1) 通過(guò)老化前后性能對(duì)比，SBR1756制備輪胎的撕裂強(qiáng)度高于SBR1723N。

(2) 通過(guò)動(dòng)態(tài)力學(xué)性能研究對(duì)比，SBR1756制備輪胎的抗?jié)窕詢?yōu)于SBR1723N，滾動(dòng)阻力相當(dāng)。

(3) 通過(guò)阿克隆磨耗分析，SBR1756制備輪胎的磨耗性能優(yōu)于SBR1723N。

參 考 文 獻(xiàn)：

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