兩種樹脂對轎車輪胎胎面膠性能的影響

劉恩冉，王書棟，韓 菁，董凌波

（1.三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200；2.威海職業(yè)學(xué)院，山東 威海 264210）

輪胎的滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕阅苋找媸艿街匾?，其關(guān)乎輪胎的經(jīng)濟(jì)性及安全性，這些性能均與膠料的損耗因子（tanδ）等有關(guān)[1-4]。為了改善膠料的動(dòng)態(tài)粘彈性，市面上出現(xiàn)了不同種類的樹脂。本工作主要研究TL100樹脂和DCPD樹脂對轎車輪胎胎面膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

充油丁苯橡膠（SBR），牌號1723，韓國錦湖石化公司產(chǎn)品；炭黑N234，卡博特公司產(chǎn)品；白炭黑，牌號1165MP，索爾維公司產(chǎn)品；氧化鋅，濰坊龍達(dá)鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，馬來西亞天然油脂公司產(chǎn)品；分散劑，萊茵化學(xué)公司產(chǎn)品；TL100樹脂和DCPD樹脂，德國呂特格公司產(chǎn)品；防老劑4020，山東圣奧化工股份有限公司產(chǎn)品；防老劑RD，南京化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；增粘樹脂SP-1068，圣萊科特公司產(chǎn)品；防護(hù)蠟，中石化南陽能源化工有限公司產(chǎn)品；環(huán)保油，道達(dá)爾公司產(chǎn)品；偶聯(lián)劑Si69，山東文興科技有限公司產(chǎn)品；硫黃，榮成市崖頭新莊化工廠產(chǎn)品；促進(jìn)劑CZ，榮成市化工總廠有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑DPG-80，山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

SBR 137.5，炭黑N234 7.5，白炭黑 80，氧化鋅 2，硬脂酸 1，分散劑 2，TL100樹脂或DCPD樹脂 5，防老劑4020 2，防老劑RD 1，增粘樹脂SP-1068 2，防護(hù)蠟 1，環(huán)保油 12，偶聯(lián)劑Si69 7.5，硫黃 2.2，促進(jìn)劑CZ 1.8，促進(jìn)劑DPG-80 0.75。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-150型開煉機(jī)，大連中泰橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；1.5 L密煉機(jī)，德國KRUPP公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；63T型平板硫化機(jī)，湖州宏僑橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；邵氏A型硬度計(jì)，上海倫捷機(jī)電儀表公司產(chǎn)品；Instron3367型電子拉力機(jī)，美國Instron公司產(chǎn)品；IR550型紅外光譜儀，美國尼高力公司產(chǎn)品；EPLEXOR500N型橡膠粘彈性分析儀，德國GABO公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料采用兩段混煉工藝，一段混煉在1.5 L密煉機(jī)中進(jìn)行，壓砣壓力為3 MPa，加料順序?yàn)椋篠BR→氧化鋅、硬脂酸、分散劑→炭黑N234、白炭黑、偶聯(lián)劑Si69→環(huán)保油，控制混煉溫度和時(shí)間，使白炭黑與偶聯(lián)劑充分反應(yīng)，膠料混合均勻，將母煉膠停放24 h后均勻分配，繼續(xù)在密煉機(jī)中依次加入樹脂、防老劑4020、防老劑RD、增粘樹脂SP-1068、防護(hù)蠟，混煉一段時(shí)間后排料；二段混煉在開煉機(jī)上加入硫黃和促進(jìn)劑，控制開煉機(jī)輥筒溫度以及混煉時(shí)間，通過打三角包薄通，使硫化劑分散均勻，然后下片，得到厚度約為2 mm的試片備用。

將混煉膠剪裁成需要的試樣在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為150 ℃×30 min。

1.5 性能測試

動(dòng)態(tài)力學(xué)性能：測試溫度 －20～＋80 ℃，頻率 10 Hz，動(dòng)態(tài)應(yīng)變 0.25%，升溫速率 3 ℃·min-1。

其他性能均按相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

TL100樹脂和DCPD樹脂的理化分析結(jié)果如表1所示。

表1 兩種樹脂的理化分析結(jié)果

從表1可以看出，兩種樹脂的軟化點(diǎn)比較接近，由于樹脂的玻璃化溫度（Tg）與其軟化點(diǎn)有正相關(guān)性，可以推斷這兩種樹脂的Tg也很接近。

2.2 紅外光譜分析

TL100樹脂和DCPD樹脂的紅外光譜分別如圖1和2所示。

圖1 TL100樹脂的紅外光譜

從圖1可以看出：在3 020～3 050 cm-1之間具有較強(qiáng)的芳烴上的C—H伸縮振動(dòng)，同時(shí)在 1 603.7，1 512.4，1 478.2和1 457.2 cm-1處的信號對應(yīng)著芳環(huán)結(jié)構(gòu)中C=C的伸縮振動(dòng)，這些信號表明TL100樹脂具有豐富的芳香類物質(zhì)；同時(shí)在2 900 cm-1附近也可以觀察到很強(qiáng)的C—H伸縮振動(dòng)，對應(yīng)著烷基鏈上的甲基和亞甲基，這些信號與700～740 cm-1區(qū)域的芳香環(huán)取代的信號相結(jié)合，可以認(rèn)為在TL100樹脂的芳香類結(jié)構(gòu)上有較多的烷基取代。

圖2 DCPD樹脂的紅外光譜

在石油樹脂中DCPD樹脂是由相對較純的DCPD單體聚合而成，因此其紅外光譜相對容易辨識。從圖2可以明顯觀察到大量亞甲基上的C—H伸縮信號在2 931.5 cm-1處出現(xiàn)，這與DCPD樹脂結(jié)構(gòu)吻合；同時(shí)在1 600 cm-1附近出現(xiàn)信號，應(yīng)該是DCPD樹脂合成反應(yīng)后尚存的碳碳雙鍵。

通過上述紅外光譜分析，DCPD樹脂具有大量烷基結(jié)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)中含有大量環(huán)狀結(jié)構(gòu)和一定量的碳碳雙鍵；而TL100樹脂具有芳香結(jié)構(gòu)，且有部分烷基取代。

2.3 工藝性能

TL100樹脂和DCPD樹脂對膠料門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間的影響如表2所示。

表2 膠料的門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間

從表2可以看出，加入TL100樹脂的膠料門尼粘度略高，門尼焦燒時(shí)間略長。

2.4 硫化特性

TL100樹脂和DCPD樹脂對膠料硫化特性（150 ℃）的影響如表3所示。

從表3可以看出，兩種膠料的FL和Fmax相近，ts1，ts2和t90差異較小，這也說明兩種樹脂對膠料硫化特性的影響相當(dāng)。

2.5 物理性能

TL100樹脂和DCPD樹脂對硫化膠物理性能的影響如表4所示。

表3 膠料的硫化特性

表4 硫化膠的物理性能

從表4可以看出：兩種樹脂硫化膠的硬度、低定伸應(yīng)力和拉斷伸長率相近；TL100樹脂硫化膠的300%定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度較大；熱空氣老化后DCPD樹指硫化膠的拉斷伸長率較高。

2.6 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

TL100樹脂和DCPD樹脂對膠料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響如表5所示。

從表5可以看出：0 ℃時(shí)TL100樹脂膠料的tanδ較高，說明膠料的抗?jié)窕阅茌^好；60 ℃時(shí)TL100樹脂膠料的tanδ較低，表明膠料的滾動(dòng)阻力小。可見TL100樹脂能較好地平衡胎面膠的滾動(dòng)阻力與抗?jié)窕阅堋?/p>

表5 膠料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

3 結(jié)語

TL100樹脂和DCPD樹脂的軟化點(diǎn)相近，TL100樹脂具有芳香結(jié)構(gòu)且有部分烷基取代，DCPD樹脂具有大量烷基結(jié)構(gòu)且含有大量環(huán)狀結(jié)構(gòu)及一定量的碳碳雙鍵。兩種樹脂的主要差異在于對膠料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響，TL100樹脂對膠料的抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力性能均有較好的改善。

值得一提的是，后續(xù)應(yīng)進(jìn)一步開展樹脂微觀結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量及其分布等方面的研究，從機(jī)理上解釋樹脂對膠料宏觀性能的影響，為今后原材料的選擇及配方設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。此外，DCPD樹脂含有不飽和鍵，其在硫化反應(yīng)中具有反應(yīng)活性，應(yīng)開展DCPD樹脂對膠料耐磨、抗撕裂等性能影響的研究。