幾種不同溶聚丁苯橡膠胎面膠使用性能之比較

江畹蘭 編譯

（華南理工大學(xué)材料學(xué)院, 廣東 廣州 510641）

幾種不同溶聚丁苯橡膠胎面膠使用性能之比較

江畹蘭 編譯

（華南理工大學(xué)材料學(xué)院, 廣東 廣州 510641）

論述了用幾種不同的溶聚丁苯橡膠（S-SBR）制成的胎面膠對比試驗結(jié)果。文中指出改善轎車輪胎外胎生產(chǎn)面貌所要求的工藝性能是有可能達(dá)到的。

膠料；胎面膠；輪胎；溶聚丁苯橡膠

現(xiàn)代全季節(jié)航空輪胎胎面膠一般系由溶聚丁苯橡膠，且主要是丁二烯含量高的溶聚丁苯橡膠（S-SВR），經(jīng)配合了沉淀白炭黑后制備的。盡管現(xiàn)代合成橡膠工業(yè)已經(jīng)取得了相當(dāng)?shù)某删?，但在俄羅斯市場上要找到這種橡膠，并不是那么容易。所以生產(chǎn)和應(yīng)用S-SВR的任務(wù)乃十分迫切。將此類橡膠用作胎面膠，乃與20世紀(jì)后半葉提出的《綠色輪胎》的理念相吻合。其第一要求是環(huán)保和人身安全，其次是節(jié)省能源消耗，以及降低輪胎滾動阻力，高路面抓著性及良好的耐磨性能。

在歐盟，對輪胎提出的多項要求（決定了汽車在道路上行駛的狀態(tài)）已迫在眉睫。歐盟從2012年12月起，要求在歐盟國家銷售的輪胎，必須打上統(tǒng)一的標(biāo)記。標(biāo)記將鮮明地反映出輪胎的主要特征：對濕滑路面的抓著力，燃油消耗程度及噪音高低等等。

文中羅列了由不同廠家生產(chǎn)的、由幾種溶聚丁苯橡膠制備的胎面膠料對比試驗結(jié)果：ДССК 2560 М27；ДССК 2560[俄羅斯伏龍涅芝（ВОРОНЕЖ）合成橡膠廠生產(chǎn)]； Вunа VSL 5025-2НМ[朗盛(Lаnхеss)公司生產(chǎn)，德國]；SЕSLR 4630[史泰?。⊿tyrоn）公司生產(chǎn)，德國]。結(jié)果表明，尼茲涅卡姆斯克（Нижнекамск）輪胎廠生產(chǎn)的轎車輪胎胎面膠的消耗指標(biāo)和工藝性能得到了全面的改善。為了證明膠料的實(shí)驗室試驗結(jié)果，還列出了成品輪胎的試驗數(shù)據(jù)。

選擇用陰離子聚合法生產(chǎn)的、含1,2-鏈段達(dá)60%以上的溶聚丁苯橡膠作為研究對象。幾種生膠的特性列于表1。

將研究膠料與用于輪胎批量生產(chǎn)的ДССК 2560 М27膠料進(jìn)行了對比。

用凝膠滲透色譜法，在液相色譜儀《Аlliаnсе GРСV-2000》[美國沃特（wаtеr）公司生產(chǎn)]上研究了生膠的分子特性；再用紅外光譜法測定了溶聚丁苯橡膠的微觀結(jié)構(gòu)。

按照國際標(biāo)準(zhǔn)（ISО）2939，在密煉機(jī)Intеrmiх 5Е（德國НР集團(tuán)公司產(chǎn)）中制備了膠料。密煉機(jī)室的容積為5000 сm3。密煉過程按現(xiàn)行的工業(yè)生產(chǎn)配方分三段進(jìn)行。膠料在155 ℃溫度下硫化30 min，硫化壓力為800 МРа。硫化設(shè)備為Wiсkеrt WLР 1600S（德國制）硫化機(jī)。用МV-2000（德國產(chǎn)）黏度儀按原蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)ГОСТ-10722測定了膠料的門尼黏度。用流變儀RР?。ěрhа Тесhnоl(xiāng)оgiеs公司產(chǎn)，英國）評估了填料分散度、膠料的滯后性和工藝。

表1 幾種S-SBR橡膠的特性

所研究的膠料的硫化特性，按美國標(biāo)準(zhǔn)АSТМ D 6204-01用МDR 2000儀（德國制）測定，按ГОСТ269測定了試樣的力學(xué)性能。

分析表1中的數(shù)據(jù)，大致上可以確定所研究的橡膠的結(jié)構(gòu)特征接近于ДССК 2560 М27生膠，但它們對膠料工藝性能的影響則有所不同。

硫化動力學(xué)研究表明，1、2、3號配方膠料的焦燒時間均縮短，膠料（2）與（3）多少有點(diǎn)焦燒傾向，膠料（3）的硫化指數(shù)值最低，超過對比膠料。獲得的數(shù)據(jù)證明，使用SЕSLR 4630生膠（3號膠料）時，膠料硫化速率增大，這可以由達(dá)到50%及90%硫化程度的時間予以證明。表2列示了膠料的黏彈性。使用ДССК 2560和Вunа 5025-2 НМ生膠時，可顯著降低能量損耗，即減小損耗角正切（tg δ）。由此可見，與批量工業(yè)化生產(chǎn)的膠料和膠料（3）相比，膠料（1）及膠料（2）更為環(huán)保。

圖1中的貝依納（Пейна）測定效應(yīng)表明，在使用ДССК 2560及Вunа 5025-2НМ生膠的膠料中，填充劑的分散性最好。隨著作用于試樣上的變形幅度的增大，彈性模量的變化幅度減小。這是由于生膠-填充劑相互作用及分子量的變化程度最小所致，這也就證實(shí)了圖1中的所示。當(dāng)熱機(jī)械作用施加于SSВR時，在某些分子鏈段內(nèi)會發(fā)生復(fù)雜的內(nèi)部分子重新排列，直到產(chǎn)生順式-反式異構(gòu)化為止，結(jié)構(gòu)的規(guī)整性被破壞并生成了支鏈。此時生膠的分子量不變。

表2 胎面膠料及硫化膠測試結(jié)果

圖1 100 ℃下（形變0.7%～2.8%）幾種胎面膠中填料分散度之評估

由表2可知，用生產(chǎn)配方中使用的未充油ДССК 2560、Вunа 5025-2НМ、SЕSLR 4630取代ДССК 2560 М27，膠料轉(zhuǎn)矩及黏度都會升高，這可能是沉淀白炭黑（ОКН）在 ДССК 2560膠料中分散不良所致。該膠料復(fù)雜的動態(tài)模量彈性分量G'1%值增高證明了這一點(diǎn)（見圖1）。G'1%可以反映混煉的質(zhì)量，同時，轉(zhuǎn)矩S'450%值低，表征了硅烷結(jié)構(gòu)的分解程度（見圖2）。

圖2 轉(zhuǎn)矩與胎面膠變形的關(guān)系

聚合物的分子結(jié)構(gòu)，在很大程度上決定了聚合物的流變性能及膠料加工時的工藝行為。有鑒于此，生膠ДССК 2560 М27及SЕSLR 4630狹窄的分子量分布及高分子量，會使生產(chǎn)胎面用對比膠料和3#膠料黏度增高，混煉質(zhì)量下降。生膠ДССК 2560 М27及Вunа 5025-2НМ的分子量分布及分子量性狀相似，但性能卻各異，這可能是它們的近程構(gòu)型和遠(yuǎn)程構(gòu)型（微嵌段的交替規(guī)整性或它們的統(tǒng)計分布）不同所致。

評估了硫化膠的力學(xué)性能后可以得出，使用生膠ДССК 2560及Вunа 5025-2НМ[膠料（1）及膠料（2）]可使膠料的強(qiáng)度提高，撕裂強(qiáng)度、抗疲勞性能及耐磨耗性能也都有所改善。使用生膠SЕSLR 4630（膠料3）則使膠料的強(qiáng)度及抗疲勞性能下降，與此同時生熱也加劇。

熱老化試驗表明，膠料1及膠料2隨加熱時間增加，其性能變化緩慢，且優(yōu)于對比膠料及膠料3。所研究的胎面膠的預(yù)估使用性能表明，它們的耐磨性、在干、濕路面上的抓著性總體上有所改善（見圖3、4）。

圖3 胎面膠耐磨性試驗結(jié)果

在尼茲涅卡姆斯克輪胎廠對輪胎195/65R15進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗，即用生膠Вunа 5025-2НМ及SЕSLR 4630取代生膠ДССК 2560 М27生產(chǎn)輪胎。表2上示出了輪胎滾動阻力臺架試驗數(shù)據(jù)。使用生膠Вunа 5025-2НМ可使?jié)L動阻力降低7.25%。在降低滾動阻力的同時，還要減少生熱。這樣，輪胎的使用壽命會延長，燃油消耗也會降低。

圖4 胎面膠在濕滑路面上的抓著性測定試驗結(jié)果

綜上所述，以上所進(jìn)行的研究表明，具有類似的微觀結(jié)構(gòu)及宏觀結(jié)構(gòu)的幾種溶聚丁苯橡膠，對其胎面膠使用性能的影響具有不同的特點(diǎn)。在膠料生產(chǎn)配方中，用等量的ДССК 2560及Вunа 5025-2НМ生膠取代ДССК 2560 М27生膠，可以改善膠料的撕裂性能、抗疲勞性能及滯后損失，從總體上改善耐磨性、在干燥及濕滑路面上的抓著性。這樣，就可降低滾動阻力，減少燃油消耗。

文中所闡述的二種溶聚丁苯橡膠（ДССК 2560 М27和Вunа 5025-2НМ）混煉性能、工藝性能及使用性能上的差異，都是由于其流變性能的不同所致，而后者又取決于分子結(jié)構(gòu)特性及超分子結(jié)構(gòu)。要確立這些性能與生膠及膠料特性之間的相互關(guān)系，看來尚需要進(jìn)一步加強(qiáng)研究，以獲得溶聚丁苯橡膠的最佳性能。正是這種溶聚丁苯橡膠能夠確保其硫化膠的技術(shù)指標(biāo)與工藝性能之間，保持最佳平衡。

[1] А.С. Новикова等. СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ПРОТЕК-ТОРНЫХ РЕЗИН НА ОСНОВЕ РАСТВОРНЫХ БУТАДИЕН-СТИРОЛЬНЫХ КАУЧУКОВ[J]. ПШРП. 2012(2):32-36.

[責(zé)任編輯：張啟躍]

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1671-8232(2015)06-0016-04

2014-01-03

江畹蘭（1934 — ），女，湖北省仙桃市人。1960年畢業(yè)于前蘇聯(lián)莫斯科羅蒙諾索夫精細(xì)化工學(xué)院。現(xiàn)任華南理工大學(xué)教授，從事聚合物結(jié)構(gòu)與變化的研究。