Sylvatraxx 4202樹脂對半鋼子午線輪胎胎面膠性能的影響*

房師濤，趙 菲

(青島科技大學 高分子科學與工程學院，山東 青島 266042)

多環(huán)芳烴化合物主要存在于細粒子中，特別是在PM2.5中富集程度比較高，這部分細粒子易被人體吸收造成對人體的傷害，而機動車排放大量的多環(huán)芳烴化合物[1]。2010年歐盟對REACH法規(guī)做了進一步的修改[2]，規(guī)定輪胎配方中禁止使用高含量的多環(huán)芳烴化合物，這使普通芳烴油的使用受到極大的限制。作為滿足環(huán)保要求的解決辦法，生產(chǎn)上使用了對普通芳烴操作油進一步分離提純得到環(huán)保芳烴油(TDAE油)，但取代芳烴油后輪胎的動態(tài)性能會受到影響。加之2009年標簽法的實施[3]，對輪胎的抗?jié)窕訹4-6]和滾動阻力[7]做出了更嚴格的要求，應對這一挑戰(zhàn)的主要方法是在輪胎膠料中采用白炭黑補強，但白炭黑在膠料中分散困難，硅烷偶聯(lián)劑[8-11]的使用成為這一問題的主要解決辦法。另外一些加工助劑，比如樹脂的使用[12-14]對解決這一難題提供了可行性。Sylvatraxx 4202是Arizona Chemical公司生產(chǎn)的一種苯酚改性的聚萜烯樹脂，其軟化點為113～118 ℃，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為62.7 ℃,利用其高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度調(diào)整膠料的tanδ曲線來提高抗?jié)窕?，同時對滾動阻力影響較小。本文研究了Sylvatraxx 4202樹脂用量對半鋼子午線輪胎胎面膠性能的影響，以期為提高白炭黑補強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 2564A、順丁橡膠BR9000：中國石油獨山子石化公司；Sylvatraxx 4202：荷蘭Arizona Chemical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；硅烷偶聯(lián)劑Si-69：德國德固賽公司；防老劑4020、防老劑RD：中國石化集團南京化學工業(yè)有限公司；其它配合劑均為市售工業(yè)級產(chǎn)品。

1.2 儀器設備

開煉機：BL-6157，寶輪精密檢測儀器公司；密煉機：XSM-500，上?？苿?chuàng)橡塑機械設備有限公司；無轉(zhuǎn)子硫化儀：MDR2000，美國Alpha技術(shù)有限公司；門尼黏度測試儀：MV2000，美國Alpha技術(shù)有限公司；橡膠加工分析儀：RPA2000，美國Alpha技術(shù)有限公司；電子拉力機：Z005，德國Zwick公司；平板硫化機：HS-100T-RTMO，深圳佳鑫電子設備科技有限公司；Akron磨耗儀：MH-74，臺灣高鐵科技股份有限公司；動態(tài)力學分析儀：DMA242C，德國耐馳公司；傅里葉紅外光譜儀：VERTEX70，德國布魯克公司；差示掃描量熱儀：DSC204F1，德國耐馳公司；凝膠滲透色譜儀：HP1100，美國安捷倫公司。

1.3 實驗配方

實驗配方(質(zhì)量份)為：SSBR 104.5；BR 24；1165MP 60；N339 25；氧化鋅 3；硬脂酸 2；環(huán)保芳烴油 4；Si-69 4.8；防老劑4020 2.5；防老劑 RD 1.5；石蠟1.0；分散劑 3；促進劑3.25；增黏樹脂 2；硫黃2；Sylvatraxx 4202變量(0、5、10、15、20)。

1.4 試樣制備

膠料采用密煉機進行兩段混煉：(1)一段的初始混煉溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)速為80 r/min。加料順序為SSBR/BR→小料和Slyvatraxx4202樹脂→一半白炭黑、炭黑、偶聯(lián)劑、環(huán)保芳烴油→另一半白炭黑、炭黑、偶聯(lián)劑、環(huán)保芳烴油，溫度達到140～145 ℃排膠；(2)二段初始混煉溫度為100 ℃，轉(zhuǎn)速為80 r/min，加一段混煉膠，溫度達到145 ℃保持3 min，然后排膠。

采用硫化儀在160 ℃下測定混煉膠的正硫化時間(t90)，震蕩角為±1°。混煉膠在平板硫化機上硫化，硫化條件為160 ℃×t90。

1.5 性能測試

(1) 拉伸強度、撕裂強度、回彈性、壓縮生熱、磨耗性能分別按GB/T 529—2009、GB/T 529—2008、GB/T 530—1999、GB/T 1687—1993、GB/T 1689—1998進行測試。

(2) 橡膠加工分析儀應變掃描：溫度為60 ℃，頻率為1 Hz，應變范圍為0.28%～100%。

(3) 動態(tài)力學性能測試：溫度范圍為-80～80 ℃，升溫速率為3 ℃/min，頻率為10 Hz。

(4) 紅外光譜分析：將Sylvatraxx4202研成粉末后平鋪于ATR全反射衰減附件中進行掃描，掃描范圍為4 000～400 cm-1,掃描次數(shù)為32次。

2 結(jié)果與討論

2.1 Sylvatraxx 4202樹脂的理化分析

表1為Arizona Chemical公司實驗測定的理化分析結(jié)果。

表1 Sylvatraxx 4202樹脂的理化分析結(jié)果

圖1為Sylvatraxx 4202樹脂的紅外光譜圖。

波數(shù)/cm-1圖1 Sylvatraxx4202樹脂的紅外光譜

由圖1可知，紅外光譜在1 600 cm-1,1 500 cm-1處出峰，說明其化學結(jié)構(gòu)中含有少量環(huán)狀結(jié)構(gòu)，這與基體中的丁苯橡膠具有相似性，所以其與橡膠基體具有良好的相容性。

2.2 Sylvatraxx 4202用量對填料分散的影響

圖2是不同Sylvatraxx 4202用量的硫化膠的儲能模量(G′) 隨應變的變化，也稱Payne效應。Payne效應中低應變處的模量能反映橡膠基體中填料的分散狀況。

應變/%(a)

用量/份(b)圖2 Sylvatraxx 4202用量對硫化膠Payne效應的影響

由圖2可以看出，隨著樹脂用量的增加，硫化膠的G′總體呈現(xiàn)下降的趨勢。原因在于隨著樹脂用量的增加，其滲透和溶脹橡膠分子鏈的作用增大，降低了分子鏈之間的作用力，使橡膠分子鏈的活動性增加，與填料具有更好的接觸從而增大了橡膠-填料的相互作用，使得填料分散性變好，Payne效應降低。隨著樹脂用量的增加，硫化膠在高應變(100%)處的G′略有下降，說明交聯(lián)程度下降。低應變處的G′隨著樹脂用量的增加明顯降低，這是因為橡膠中因填料聚集而形成的填料網(wǎng)絡減弱和交聯(lián)密度降低共同引起的，交聯(lián)密度的降低也可以從表2中的MH-ML看出。而且由于Sylvatraxx 4202與橡膠基體具有良好的相容性，因而形成的填料網(wǎng)絡較弱。所以Sylvatraxx 4202樹脂的加入改善了填料的分散并能影響交聯(lián)程度。

2.3 Sylvatraxx 4202用量對加工性能的影響

Sylvatraxx 4202用量對胎面膠加工性能的影響如表2所示。

表2 Sylvatraxx 4202對胎面膠加工性能的影響

從表2可以看出，隨著 Sylvatraxx 4202樹脂用量的增大，膠料的焦燒時間(t10)略有增加，t90呈增大的趨勢，這是由于Sylvatraxx 4202樹脂的加入使得硫化體系中有效成分的含量降低，從而使硫化速率降低，硫化時間延長。最低轉(zhuǎn)矩(ML)反映了混煉膠的加工流動性，其值大小除與橡膠的相對分子質(zhì)量有關(guān)外，還受填料-填料網(wǎng)絡強弱的影響，Sylvatraxx 4202樹脂的加入能夠起到軟化橡膠的作用，從而使ML降低；最高轉(zhuǎn)矩(MH)的大小除了與硫化膠的交聯(lián)密度有關(guān)外，也與橡膠中的填料網(wǎng)絡強度有關(guān)。由于Sylvatraxx 4202樹脂用量增加使得白炭黑的分散改善，填料網(wǎng)絡減弱，因而MH降低。添加20份 Sylvatraxx 4202時，膠料的加工性能有明顯的差別，這是因為用量過大導致其在橡膠混合物中達到過飽和后析出造成。

2.4 Sylvatraxx 4202用量對物理機械性能的影響

Sylvatraxx 4202用量對胎面膠物理機械性能的影響如表3所示。由表3可以看出，隨著Sylvatraxx 4202的加入，硫化膠的拉伸強度、撕裂強度、拉斷伸長率呈現(xiàn)增大的趨勢。Sylvatraxx 4202的加入能夠起到軟化橡膠的作用，所以硫化膠的硬度下降。阿克隆磨耗體積顯著降低，說明Sylvatraxx 4202的加入有利于提高胎面膠的耐磨性及延長輪胎的使用壽命。隨著 Sylvatraxx 4202的加入，白炭黑、炭黑在橡膠中的分散性逐漸變好，所以硫化膠的壓縮生熱也明顯降低。

表3 Sylvatraxx 4202對胎面膠物理機械性能的影響

2.5 Sylvatraxx 4202用量對動態(tài)性能的影響

Sylvatraxx 4202用量對胎面膠損耗因子(tanδ)-溫度曲線的影響如圖3所示。

溫度/℃(a)

溫度/℃(b)圖3 Sylvatraxx 4202用量對胎面膠tan δ-溫度曲線的影響

由圖3可以看出，Sylvatraxx 4202樹脂的加入使胎面硫化膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向高溫方向移動，損耗峰的峰高明顯增大，而且Sylvatraxx 4202的用量越多，損耗峰越高，峰值越移向高溫。硫化膠在0～20 ℃范圍內(nèi)的tanδ明顯升高，這對于提高胎面膠的抗?jié)窕跃哂兄匾囊饬x。在50～80 ℃范圍內(nèi)，隨著Sylvatraxx 4202樹脂用量的增大，胎面膠tanδ的降低趨勢逐漸增大，更接近于空白樣，并且添加20份樹脂的胎面膠尤為明顯。加入Sylvatraxx 4202后，胎面膠的滾動阻力均不同程度增加的原因在于：樹脂使胎面膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度向高溫方向移動。隨著樹脂用量的增大，滾動阻力降低的趨勢增大，這是由于樹脂的軟化作用提高了橡膠對填料的浸潤作用，改善了填料的分散，使填料網(wǎng)絡減弱，因此樹脂用量增加時，由填料網(wǎng)絡減弱引起的滾動阻力的降低大于因玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高引起的滾動阻力的增大，因此總的結(jié)果是滾動阻力下降。

3 結(jié) 論

(1) Sylvatraxx 4202能改善白炭黑在橡膠中的分散，降低Payne效應，但會降低硫化速度。

(2) Sylvatraxx 4202使胎面膠的強度、模量及壓縮生熱降低，耐磨耗性顯著提高。

(3) Sylvatraxx 4202明顯提高了胎面膠的抗?jié)窕裕诟邷貐^(qū)滾動阻力的降低趨勢逐漸增大，是一種有前途的高性能輪胎胎面膠加工助劑。

參 考 文 獻：

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