排膠溫度對加工助劑在半鋼子午胎胎面膠中應(yīng)用的影響

房師濤，呂 婧，趙 菲

(青島科技大學(xué) 橡塑材料與工程教育部重點實驗室，山東 青島 266042)

標(biāo)簽法的實施對輪胎的滾動阻力和抗?jié)窕蕴岢隽烁叩囊?，?yīng)對這一挑戰(zhàn)的主要方法是在輪胎膠料中使用白炭黑，但白炭黑在橡膠中分散困難，硅烷偶聯(lián)劑及一些加工助劑的使用有助于提高白炭黑在橡膠中的分散[1-2]，從而改善硫化膠的性能。本文使用了一種新型的橡膠加工助劑，這種助劑是一種核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子，其硬質(zhì)的核芯由高度交聯(lián)的橡膠組成，起到類似填料剛性粒子的作用，由核芯至殼層交聯(lián)程度梯度下降，表層含有大量的羥基。這種特殊的結(jié)構(gòu)使該加工助劑既與橡膠有良好的相容性，又與白炭黑表面的羥基有較好的親和作用，可以改善白炭黑在橡膠中的分散[3-9]。排膠溫度是影響白炭黑分散的重要因素。本文研究了排膠溫度對添加加工助劑的半鋼子午線輪胎胎面膠性能的影響，以期為提高白炭黑填充輪胎胎面膠的性能提供有益的參考。

1 實驗部分

1.1 原料

溶聚丁苯橡膠(SSBR) 2557A、順丁橡膠(BR)9000：中國石油獨山子石化公司；白炭黑1165MP：羅地亞(青島)公司；環(huán)保芳烴油VIVATEC500：德國漢盛集團(tuán)公司；加工助劑：朗盛化學(xué)公司；硅烷偶聯(lián)劑Si-69 (雙-三乙氧基硅烷基-丙基四硫化合物)：德國德固賽公司；防老劑4020(N-1,3-二甲基丁基-N′-異丙基對苯二胺)、防老劑RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氫化喹啉聚合體)：中國石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司化工廠；其它配合劑均為市售工業(yè)級產(chǎn)品。

1.2 實驗方法

(1) 試樣配方(質(zhì)量份)：SSBR 75；BR 25；1165MP 80；Si-69 6.4；氧化鋅2.5；硬脂酸1；防老劑4020 1；防老劑RD 1.0；加工助劑10；硫化助劑5.3。

(2) 工藝過程：采用上?？苿?chuàng)科技股份公司生產(chǎn)的密煉機混煉工藝制備混煉膠，工藝如表1所示。

采用美國ALPHA公司生產(chǎn)的無轉(zhuǎn)子硫化儀在160 ℃測定混煉膠的硫化特性，振蕩角±1°。

混煉膠在深圳佳鑫電子設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)的HS100T-RTMO-2RT型平板硫化機上硫化，硫化條件為160 ℃×t90。

表1 混煉工藝參數(shù)

1.3 性能測試

動態(tài)應(yīng)變掃描采用美國ALPHA公司生產(chǎn)的RPA20000動態(tài)掃描儀，測試條件：溫度60 ℃，頻率1 Hz；壓縮生熱采用高鐵科技股份有限公司生產(chǎn)的GT-RH-2000壓縮生熱實驗機進(jìn)行實驗；阿克隆磨耗在江蘇江都實驗機械廠生產(chǎn)的MH-74實驗機上進(jìn)行，采用GB/T 1689—1998進(jìn)行測試；力學(xué)性能在德國Zwick公司生產(chǎn)的橡膠電子拉力試驗機Z005上按GB/T528—1998進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 排膠溫度對白炭黑分散的影響

Payne效應(yīng)通常用來表征填料在橡膠中的分散，圖1為不同排膠溫度得到的硫化膠的動態(tài)應(yīng)變掃描結(jié)果。

應(yīng)變/%(a)

應(yīng)變/%(b)

由圖1可以看出，添加加工助劑的混煉膠中，白炭黑的分散性均得到不同程度的改善。在大應(yīng)變(100%)處不同排膠溫度的硫化膠的模量G′沒有差別，說明排膠溫度對硫化膠的交聯(lián)程度及分子鏈(如斷鏈)沒有產(chǎn)生影響。Payne效應(yīng)中低應(yīng)變處的模量能反映橡膠基體中填料的分散狀況。從圖1中可以看出，排膠溫度越高，膠料低應(yīng)變時的模量越低，即橡膠中因填料聚集而形成的填料網(wǎng)絡(luò)越弱。原因是混煉溫度越高，白炭黑、加工助劑表面的極性羥基與偶聯(lián)劑的硅烷化反應(yīng)作用越強，白炭黑在橡膠中的分散越好，形成的填料網(wǎng)絡(luò)越弱。由于動態(tài)應(yīng)變下填料網(wǎng)絡(luò)的破壞和重建會耗散額外的能量，因此，與填料網(wǎng)絡(luò)的強弱相對應(yīng)，140 ℃排膠溫度下得到的硫化膠的動態(tài)損耗因子較高，而155 ℃排膠溫度下得到的硫化膠的動態(tài)損耗因子較低。

2.2 排膠溫度對混煉膠硫化特性的影響

不同排膠溫度得到的混煉膠的門尼粘度和硫化轉(zhuǎn)矩如表2所示。

表2 排膠溫度對混煉膠硫化特性的影響

由表2可知，由于排膠溫度升高，白炭黑的分散性變好，因此混煉膠的門尼粘度、硫化最低和最高轉(zhuǎn)矩均降低，混煉膠的加工流動性變好。盡管混煉時的排膠溫度升高，但混煉膠的焦燒時間t10和正硫化時間t90無明顯變化，說明提高混煉溫度不會對混煉膠的加工安全性和硫化效率產(chǎn)生不良影響。

2.3 排膠溫度對硫化膠物理機械性能的影響

表3為排膠溫度對硫化膠物理機械性能的影響。

表3 混煉溫度對硫化膠物理機械性能的影響

由表3可以看出，排膠溫度高時，硫化膠的硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強度、撕裂強度等性能均略有提高；對回彈性的影響不大。

2.4 排膠溫度對硫化膠壓縮生熱和阿克隆磨耗的影響

圖2是排膠溫度對硫化膠壓縮生熱和阿克隆磨耗的影響。

排膠溫度/℃(a) 排膠溫度對壓縮生熱的影響

排膠溫度/℃(b) 排膠溫度對阿克隆磨耗的影響

155 ℃的排膠溫度下膠料的壓縮生熱和阿克隆磨耗較低，這對于輪胎胎面膠來說是至關(guān)重要的。由于較高溫度下核殼結(jié)構(gòu)加工助劑的作用，使得白炭黑的分散性變好，硫化膠的耐磨性變好。同時白炭黑的分散變好，減弱了填料粒子間的相互摩擦，使得硫化膠的壓縮溫升較低。

3 結(jié) 論

(1) 加工助劑的使用使白炭黑在橡膠中的分散性得到提高，硫化膠的性能得到改善。

(2) 研究范圍內(nèi)的排膠溫度對混煉膠的硫化特性沒有明顯的影響。

(3) 在研究范圍內(nèi)，混煉時的排膠溫度越高，白炭黑的分散性越好。

(4) 在研究范圍內(nèi)，混煉時的排膠溫度越高，硫化膠的綜合物理機械性能越好，壓縮生熱、阿克隆磨耗越低。

參 考 文 獻(xiàn)：

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