順丁橡膠在汽車輪胎中的應(yīng)用研究

劉金文　許亞坤

摘 要：論述稀土順丁橡膠（BR）的發(fā)展及其在我國輪胎工業(yè)中的應(yīng)用。我國是最早開發(fā)稀土BR的國家，20世紀(jì)70年代就開展了萬噸級(jí)工業(yè)化試驗(yàn)并獲得了批量產(chǎn)品，但真正進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)和實(shí)際應(yīng)用的時(shí)間較短。隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保法規(guī)的出臺(tái)，對(duì)輪胎產(chǎn)品在滾動(dòng)阻力、耐磨等性能方面提出了剛性要求，稀土BR符合高性能綠色輪胎對(duì)高速、安全、節(jié)能、環(huán)保的更高要求，國內(nèi)企業(yè)爭(zhēng)相逐步少量應(yīng)用稀土BR，稀土BR應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，將推動(dòng)國內(nèi)輪胎行業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：稀土順丁橡膠 綠色輪胎 滾動(dòng)阻力 耐磨性能

釹系順丁橡膠（NdBR）是以稀土金屬釹為主體催化體系的高順式-1，4-結(jié)構(gòu)的聚丁二烯橡膠。NdBR具有順式-1，4-結(jié)構(gòu)含量高、相對(duì)分子質(zhì)量大、拉伸結(jié)晶快、加工性能好、硫化速度快、強(qiáng)伸性能和彈性好、生熱低等特點(diǎn)，能減小輪胎滯后損失，降低滾動(dòng)阻力和生熱，提高耐磨性能。

一、稀土橡膠用于輪胎工業(yè)的意義

在汽車工業(yè)高速發(fā)展和注重環(huán)保的今天，綠色輪胎因具有高環(huán)保、低消耗、超安全的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。與普通子午線輪胎相比，綠色輪胎滾動(dòng)阻力可降低22%～24%，使得轎車節(jié)省燃料3%～5%，貨車節(jié)省燃料6%～8%，大幅降低一氧化碳的排放量，而輪胎其他性能如耐磨性能、噪聲、干濕路面抓著性能等均保持良好水平，且操縱穩(wěn)定性出色、制動(dòng)距離更短，對(duì)減少交通事故，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有積極意義。稀土順丁橡膠（BR）是以稀土化合物為主催化劑催化聚合而成的具有高順式1，4-結(jié)構(gòu)含量的聚丁二烯橡膠，因稀土元素中的釹的化合物具有最高的催化活性，故又稱為釹系BR。稀土BR具有鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整度高、線性好、平均相對(duì)分子質(zhì)量高、相對(duì)分子質(zhì)量分布可調(diào)、自粘性好等優(yōu)點(diǎn)，加工性能和物理性能優(yōu)異。稀土BR是除溶聚丁苯橡膠之外，另一種對(duì)開發(fā)經(jīng)濟(jì)、安全和耐用輪胎至關(guān)重要的高性能橡膠，是開發(fā)低滾動(dòng)阻力輪胎的必要材料，被公認(rèn)為當(dāng)今性能最好的橡膠品種。與廣泛使用的鎳系BR相比，稀土BR可以減少輪胎滯后損失和內(nèi)生熱、降低滾動(dòng)阻力，提高耐磨性能和抗?jié)窕阅埽纳铺ッ婀诓磕z老化崩花掉塊、胎側(cè)膠老化龜裂等現(xiàn)象，能夠提高輪胎的耐久性能和高速性能，可與天然橡膠（NR）、丁苯橡膠（SBR）并用，被優(yōu)選用于高性能輪胎和節(jié)能輪胎，是當(dāng)今發(fā)展最快的BR品種。

二、稀土BR在我國輪胎工業(yè)中的應(yīng)用

稀土BR一般不單獨(dú)使用，主要與NR、異戊橡膠（IR）或SBR并用，應(yīng)用于綠色輪胎的胎面和胎側(cè)，有助于減小滾動(dòng)阻力、提高燃油效率。稀土BR極其耐磨，可提高輪胎的安全性能和使用壽命。

稀土BR硫化膠不僅具有良好的拉伸性能和較低的滯后損失，而且具有較低的滾動(dòng)阻力和較高的耐磨性能，是作為胎面膠的優(yōu)良膠種，可提高輪胎的高速、耐久、節(jié)能性能。楊樹田等對(duì)稀土BR（牌號(hào)BR9100）的基本性能和實(shí)用性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：稀土BR9100與傳統(tǒng)鎳系BR（牌號(hào)BR9000）相比，具有分子鏈規(guī)整性好、相對(duì)分子質(zhì)量高、相對(duì)分子質(zhì)量分布指數(shù)寬、分子中順式1，4-結(jié)構(gòu)摩爾分?jǐn)?shù)高等特點(diǎn)；稀土BR硫化膠的力學(xué)性能、生熱、耐熱穩(wěn)定性優(yōu)于傳統(tǒng)鎳系BR。在胎面膠加工性能方面，胎面冠部膠混煉膠填充因數(shù)由0.738提高到0.753，稀土BR可獲得與鎳系BR相同的加工性能。與鎳系BR生產(chǎn)的輪胎相比，將稀土BR用于胎面膠、胎側(cè)膠和胎體膠試制的9.00-2016PR輪胎耐久性能提高32.9%，高速性能提高54.2%。鄒明清等的研究表明，在輪胎胎面冠部膠中以稀土BR等量替代鎳系BR，膠料物理性能改善，尤其是耐磨性能和生熱性能提高，但工藝性能有所下降，炭黑分散度減小，需調(diào)整混煉工藝。輪胎里程試驗(yàn)表明，胎面冠部膠采用稀土BR的輪胎耐磨性能好。楊樹田的研究表明，在胎面膠中并用50份稀土BR（牌號(hào)為BR9100）和在輪胎簾布層膠中并用10份稀土BR，輪胎胎面混煉膠填充因數(shù)由原1.067提高到1.131，加工性能好，試制的9.00-20輪胎平均磨耗指數(shù)比并用50份鎳系BR（牌號(hào)BR9000）的對(duì)比輪胎提高16.9%。楊樹田在載重斜交輪胎胎面膠中將稀土BR（牌號(hào)BR9100）和鎳系BR（牌號(hào)BR9000）以40份用量等量互換，發(fā)現(xiàn)在混煉工藝條件相同時(shí)，稀土BR胎面冠部膠耐磨性能較鎳系BR提高10.2%，提高混煉膠填充因數(shù)后，稀土BR胎面冠部膠耐磨性能提高20.3%。馬洪海等將稀土BR用于載重斜交輪胎胎面膠中，并比較了其與鎳系BR的性能差異。結(jié)果表明：與鎳系BR相比，稀土BR膠料工藝性能稍差，硫化膠拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度稍大，耐熱老化性能較好，其他性能相差不大；胎面膠采用稀土BR（NR/BR并用比為50/50）的9.00-2014PR輪胎行駛里程和平均單位磨耗里程均較高。徐世傳對(duì)比了鈷系、稀土和鎳系BR胎面冠部膠物理性能和工藝性能。結(jié)果表明：稀土BR膠料綜合物理性能最好，表現(xiàn)為彈性和耐磨性能好，壓縮生熱低，300%定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度高；鎳系BR膠料的工藝性能最好，稀土BR膠料的半成品工藝性能較差。

三、結(jié)語

稀土順丁橡膠具有強(qiáng)度高、耐屈撓、低生熱、抗?jié)窕皾L動(dòng)阻力低等特點(diǎn)，性能優(yōu)于鎳膠，是發(fā)展高性能輪胎和節(jié)能輪胎的優(yōu)選膠種。稀土順丁橡膠的開發(fā)成功，填補(bǔ)了該橡膠品種的國內(nèi)空白。稀土順丁橡膠優(yōu)異的生膠性能和結(jié)構(gòu)在其應(yīng)用過程中得到了充分體現(xiàn)，混膠具有更高的拉伸強(qiáng)度、更低的滯后損失及疲勞生熱，具有優(yōu)異的抗屈撓性能、更好的抗?jié)窕阅?，還具有十分可貴的低滾動(dòng)阻力等特點(diǎn)。這些正是提高輪胎的高速性、耐久性、節(jié)能性所必需的性能。近年來，我國的公路建設(shè)獲得了飛速發(fā)展，高速公路總里程數(shù)僅次于美國列世界第二位。公路建設(shè)的發(fā)展，不僅對(duì)輪胎的質(zhì)量和使用性能提出了更高的要求，而且也為稀土順丁橡膠在輪胎中的應(yīng)用提供了寶貴的發(fā)展機(jī)遇和空間。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉永濤，董為民，石路穎，等. 稀土順丁橡膠的性能和應(yīng)用[J]. 合成橡膠工業(yè)，2008，31（5）：325-331.

[2] 張?jiān)伱? 稀土順丁橡膠在我國的發(fā)展前景分析[J]. 經(jīng)營管理者，2012，28（11）：254-254