雪地胎用國產(chǎn)SSBR性能剖析

趙洪國, 周 雷, 何連成, 楊玉瓊, 李 波, 李衛(wèi)國, 胡海華

雪地胎用國產(chǎn)SSBR性能剖析

趙洪國1, 周 雷1, 何連成1, 楊玉瓊1, 李 波1, 李衛(wèi)國2, 胡海華1

（1.中國石油石油化工研究院, 甘肅 蘭州 730060; 2.賽輪金宇集團股份有限公司, 山東 青島 266045）

從加工工藝和應用性能兩方面，對雪地胎胎面用膠溶聚丁苯橡膠SSBR1550S進行了剖析。結果表明，與現(xiàn)有生產(chǎn)配方相比，使用SSBR1550S的胎面混煉膠加工性能變差，但硫化效率、抗低溫變硬能力、回彈性能、耐磨耗性能、抗?jié)窕阅芫兴岣?，同時滾動阻力有所降低。

溶聚丁苯橡膠；抗?jié)窕?；滾動阻力；雪地胎

0 前 言

隨著對安全環(huán)保的日益重視以及各國輪胎標簽法規(guī)的頒布和實施，人們對輪胎質(zhì)量的要求越來越高。溶聚丁苯橡膠 (SSBR )抗?jié)窕院?、滾動阻力低，是制備高性能環(huán)保節(jié)能綠色輪胎的關鍵材料[1]。雪地胎是針對高寒地區(qū)冬季的特殊環(huán)境而開發(fā)的一種功能性輪胎，其特點是提高了冰雪路面上的通過性和安全性。近年來我國半鋼雪地胎得到了快速發(fā)展，產(chǎn)品遠銷北美、北歐等世界上20多個國家和地區(qū)。雪地輪胎的關鍵技術在于輪胎胎面膠配方和輪胎花紋，而雪地胎胎面配方的核心在于橡膠[2]。目前，我國用于開發(fā)雪地胎胎面膠的SSBR主要依賴于進口，價格昂貴，貨源受限。針對這一需求，中國石油獨山子石化與石油化工研究院聯(lián)合開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的雪地胎專用料SSBR1550S。

本工作將從加工工藝和應用性能兩方面，對雪地胎胎面膠用SSBR1550S進行剖析，以期能為產(chǎn)品推廣和輪胎企業(yè)應用提供技術參考。

1 試 驗

1.1 原料及配方

NR，SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；SSBR，1550S，獨山子石化分公司產(chǎn)品；SSBR，SL553，日本JSR公司產(chǎn)品；BR，9000，江蘇南通申華化學工業(yè)有限公司產(chǎn)品；炭黑，N234，云南曲靖眾一精細化工股份有限公司產(chǎn)品；白炭黑，955，無錫市恒亨白炭黑有限責任公司產(chǎn)品。其他均為橡膠工業(yè)常用助劑。

配方如表1所示。

1.2 試驗儀器

Banbury BR1600型密煉機、GX-2003型恒溫開煉機，美國法雷爾公司產(chǎn)品；UR-2030型橡膠流變儀，青島優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；GT-7080S2型門尼黏度儀，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；AI-7000 S型電子拉力機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；LX-A型橡膠硬度測試儀，上海試驗儀器總廠產(chǎn)品；GT-7042-RDH型橡膠回彈試驗機，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；MZ4061型阿克隆磨耗試驗機，江都市明珠試驗機械廠產(chǎn)品；Rosand RH10型毛細管流變儀，英國馬爾文儀器公司產(chǎn)品；DMA/SDTA861e型號動態(tài)熱機械分析儀，瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)品。其他實驗設備均為橡膠加工常用設備。

表1 配方

1.3 試驗方法

膠料分二段混煉。一段混煉在Banbury BR1600型密煉機上進行，加料順序為：生膠→氧化鋅、硬脂酸、防老劑等→炭黑、白炭黑材料，一段混煉膠下片后冷卻，停放4 h后進行二段混煉。二段混煉在GX-2003型恒溫開煉機上進行，前后輥速比為1.0:1.1，加料順序為：一段混煉膠→促進劑、硫磺材料。二段混煉膠下片（膠片厚2.0～2.5 mm）后冷卻，停放8 h后在平板硫化機上硫化試樣。

1.4 性能測試

測試方法均按國家標準或行業(yè)標準執(zhí)行。

2 結果與討論

2.1 生膠參數(shù)

膠料體系組成是雪地胎胎面膠配方的核心，尤其是膠料的結構組成決定了輪胎的使用環(huán)境。SSBR1550S和SL553的技術參數(shù)如表2所示。

表2 SSBR1550S和SL553的技術指標

由表2可以看出，1550S的苯乙烯和乙烯基結構含量均高于SL553。由于苯乙烯與乙烯基屬于極性基團，其含量增加，橡膠大分子鏈段的柔順性降低，故1550S的玻璃化轉變溫度（Tg）高于SL553的，但是1550S的門尼黏度低于SL553的，這是由于1550S填充了37.5份環(huán)烷油（NAP-10）所致。

由于苯乙烯與乙烯基含量及其無規(guī)化分布對SSBR的抗?jié)窕L動阻力起決定性作用，由表2可知1550S和SL553的結構組成略有不同，因此，為保障試驗配方和生產(chǎn)配方膠料體系中苯乙烯、乙烯基及順式丁二烯含量基本在同一水平，試驗配方對SSBR和BR的用量進行了調(diào)整。

2.2 混煉膠加工性能

制成的混煉膠的門尼黏度和門尼焦燒性能測試結果如表3所示，擠出性能測試結果如表4所示，硫化特性如表5所示。

表3 混煉膠門尼性能（測試溫度125 ℃）

門尼黏度反映了橡膠加工性能的好壞，被廣泛用來作為控制橡膠膠料工藝性能的一項指標，門尼焦燒則反映了工藝操作的安全性。由表3可以看出，試驗配方的門尼黏度高于生產(chǎn)配方的，相對差達到25%，表明使用SSBR1550S后混煉膠的黏度增大，可塑性降低，加工性能變差，加工能耗增加；試驗配方的t5略低于生產(chǎn)配方的，表明使用SSBR1550S后混煉膠的工藝安全性變化不大。

表4 混煉膠擠出性能1)

由表4可以看出，與正常生產(chǎn)配方相比，試驗配方的毛細管擠出體積及體積流速均明顯降低，表明使用SSBR1550S后混煉膠的加工性能變差，胎面膠擠出效率大幅度降低。

表5 硫化特性

t10和t90表征了橡膠制品硫化過程中的兩個最重要的參數(shù)——焦燒時間和正硫化時間。由表5可以看出，試驗配方的t10與生產(chǎn)配方的相當，但是t90較低，表明使用SSBR1550S后混煉膠的工藝安全性變化不大，但硫化時間縮短，硫化效率提高23%。ML常用來表征混煉膠的可塑性，其值越小，膠料的可塑度越高。由表5可以看出，試驗配方的ML較生產(chǎn)配方的提高19%，表明使用SSBR1550S后混煉膠的加工性能變差。

2.3 力學性能

制成的硫化膠的力學性能如表6所示。

由表6可以看出，試驗配方的拉伸強度、拉斷伸長率、定伸應力、硬度、撕裂強度與正常配方的相當，變化率基本都在5%以內(nèi)，表明使用SSBR1550S后硫化膠的力學性能變化不大。

2.4 高低溫硬度

制成的硫化膠在不同測試溫度條件下的硬度如表7所示。

由于雪地胎都是低溫環(huán)境下使用的，而橡膠的特點是分子鏈運動能力隨著溫度的降低而逐漸減弱。因此，制備雪地胎的膠料要求具有較好的抗低溫變硬能力，以保證在低溫環(huán)境中有足夠的抓地力。由表7可以看出，隨著測試溫度降低，生產(chǎn)配方和試驗配方的邵爾A硬度都逐漸增加，但試驗配方的增加幅度較生產(chǎn)配方的小；且同一測試溫度下，試驗配方的硬度均低于生產(chǎn)配方2左右，表明使用SSBR1550S的胎面膠抗低溫變硬能力有所提高。

表6 力學性能

表7 不同溫度下的硬度及差值

2.5 彈性和磨耗

制成的硫化膠的回彈性和磨耗體積見表8所示。

表8 彈性和磨耗性能

由表8可以看出，與生產(chǎn)配方相比，試驗配方的回彈性略有提高；阿克隆磨耗體積降低5%。表明使用SSBR1550S的胎面膠的彈性和耐磨耗性能均有提高。

2.6 動態(tài)力學性能

采用動態(tài)熱機械分析儀對制成的硫化膠進行溫度掃描（應變1%，頻率3 Hz，溫度-60～80 ℃），損耗因子分析結果如表9所示。

表9 不同溫度的硬度值及相對差

損耗因子是橡膠材料黏彈性的表征，也常用來預測胎面膠的抗?jié)窕蜐L動阻力等特性。低溫條件損耗因子高則預示著該膠料擁有較好的抗?jié)窕阅?，高溫條件損耗因子低則預示著該膠料擁有較低的滾動阻力。由表9可以看出，與生產(chǎn)配方相比，試驗配方-20 ℃下?lián)p耗因子提升15%，0 ℃下?lián)p耗因子提升6%，60 ℃下?lián)p耗因子改善7%。這表明使用SSBR1550S的胎面膠，抗?jié)窕阅苡兴岣?，制備的輪胎具有更好的濕抓地力，輪胎的操控安全性高，同時具有較低的滾動阻力，輪胎的油耗更低。

2.7 大配合試驗

大配合試驗膠料各項性能如表10所示。

表10 不同溫度的硬度值及相對差

(續(xù)表)

從表10可以看出，大配合試驗膠料性能與實驗室小試結果基本一致，試驗配方綜合性能略優(yōu)。

2.8 成品輪胎性能

采用試驗配方制備規(guī)格為175/70 R14 SW61的輪胎，成品輪胎外觀檢測和UF/DB檢測均符合出廠要求。成品輪胎性能測試結果如表11 所示。

表11 成品輪胎性能

從表11可以看出，兩個配方的輪胎高速性能和耐久性能測試結果大致相當，均滿足標準要求；采用試驗配方的輪胎滾動阻力更低，輪胎強度更高，表明試驗配方的成品輪胎性能較好。

3 結 論

(1) 與生產(chǎn)配方相比，使用SSBR1550S的胎面混煉膠黏度增大，加工性能變差，但操作安全性變化不大，同時硫化效率有大幅提高。

(2) 與生產(chǎn)配方相比，使用SSBR1550S的胎面膠力學性能變化不大，抗低溫變硬能力、回彈性能、耐磨耗性能、抗?jié)窕阅芫兴岣?，同時滾動阻力有所降低。

(3) 與生產(chǎn)配方相比，試驗配方的成品輪胎性能略優(yōu)。

參考文獻：

[1] 崔彥君，張華強，崔英，等.耐低溫溶聚丁苯橡膠的合成與性能[J].合成橡膠工業(yè)，2016,39（3）:173-177.

[2] 陳勇，董世春，王寶江.半鋼雪地輪胎胎面膠配方的改進[J].輪胎工業(yè)，2016,26（2）:97-100.

[責任編輯：朱 胤]

TQ 336.1

B

1671-8232(2017)08-0027-05

2017-05-18

中國石油天然氣股份有限公司科技管理部（2014A-2808）。

趙洪國（1981— ），碩士，工程師，主要從事橡膠加工方面的技術開發(fā)工作。