釹系順丁橡膠在綠色輪胎胎面膠中的應(yīng)用

高冬蘭，魏靜勛

（江蘇通用科技股份有限公司，江蘇 無錫 214199）

歐盟輪胎標(biāo)簽法規(guī)對(duì)輪胎燃油效率、抗?jié)窕阅芎驮肼曔M(jìn)行了強(qiáng)制性規(guī)定。胎面產(chǎn)生的滾動(dòng)阻力約占輪胎滾動(dòng)阻力的49%，降低胎面滾動(dòng)阻力并提高其耐磨性能是高性能綠色輪胎設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。據(jù)研究，輪胎滾動(dòng)阻力降低10%，汽車燃油消耗量減小0.1 L·（100 km）-1，二氧化碳排放量減小0.2 g·km-1[1-2]。

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[3-4]。

本工作研究NdBR在綠色輪胎胎面膠中的應(yīng)用，探討NdBR對(duì)胎面膠性能的影響，為綠色輪胎原材料的選用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR5，云南農(nóng)墾集團(tuán)有限責(zé)任公司產(chǎn)品。NdBR，牌號(hào)Buna CB22；溶聚丁苯橡膠（SSBR），牌號(hào)SL PBR 4089，充油量為15份，德國(guó)朗盛集團(tuán)公司產(chǎn)品。炭黑BL201，山東貝斯特化工有限公司產(chǎn)品。白炭黑，牌號(hào)Newsil 175FFG，確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方如表1所示。

表1 試驗(yàn)配方 份

1.3 主要設(shè)備與儀器

KD-1-5型密煉機(jī)，利拿機(jī)械工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；XSK-150型開煉機(jī)，莊河橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XLB-Q型平板硫化機(jī)，浙江湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度計(jì)、MDR2000型硫化儀和RPA2000橡膠加工分析儀（RPA），美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；AI-2000M型拉力試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；401A型熱空氣老化箱，江都市新真威試驗(yàn)機(jī)械有限責(zé)任公司產(chǎn)品；EPLEXOR 500N型橡膠動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀（DMA），德國(guó)Gabo公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

膠料混煉分兩段進(jìn)行。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為100 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1?；鞜捁に嚍椋荷z→小料→炭黑、白炭黑和偶聯(lián)劑→提壓砣→清掃→壓壓砣→提壓砣→排膠[溫度為（150±5） ℃]。

二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行?；鞜捁に嚍椋阂欢位鞜捘z→輥距調(diào)至4 mm→包輥→硫黃、促進(jìn)劑和防焦劑→左右各割刀3次→打三角包6次→輥距調(diào)至2 mm→下片。

1.5 性能測(cè)試

（1）DMA溫度掃描。溫度為-80～+100 ℃，動(dòng)態(tài)應(yīng)變?yōu)?.5%，靜態(tài)應(yīng)變?yōu)?%，升溫速率為2℃·min-1，頻率為10 Hz。

（2）RPA應(yīng)變掃描。應(yīng)變?yōu)?.5%～8%，溫度為60 ℃，頻率為1 Hz。

（3）膠料其他性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 生膠理化性能

NdBR生膠理化性能如表2所示。

表2 NdBR生膠理化性能

從表2可以看出，NdBR生膠理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 膠料物理性能

膠料的硫化特性和物理性能如表3所示。

從表3可以看出，與未采用NdBR的1#配方和3#配方膠料分別相比，采用NdBR的2#配方和4#配方膠料的門尼粘度較大，門尼焦燒時(shí)間較短，硫化轉(zhuǎn)矩較大，硫化速度相當(dāng)，硬度和定伸應(yīng)力較高，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率略低，撕裂強(qiáng)度相當(dāng)，耐磨性能和耐熱老化性能較好。

表3 膠料的硫化特性和物理性能

2.3 膠料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

2.3.1 DMA分析

膠料的DMA溫度掃描結(jié)果如圖1（E′為彈性模量）和表4所示。

一般用60℃時(shí)的損耗因子（tanδ）表示膠料的滾動(dòng)阻力，膠料60 ℃時(shí)的tanδ越小，滾動(dòng)阻力越低。從圖1和表4可以看出：與1#配方和3#配方膠料分別相比，2#配方和4#配方膠料的60 ℃時(shí)tanδ較小，滾動(dòng)阻力較低，E′也較低；其中，4#配方膠料較3#配方膠料60 ℃時(shí)的tanδ降幅很小，滾動(dòng)阻力略低。

圖1 膠料的DMA溫度掃描曲線

表4 DMA對(duì)膠料的溫度掃描數(shù)據(jù)

2.3.2 RPA分析

膠料的RPA應(yīng)變掃描曲線（溫度為60 ℃）如圖2所示。

一般用應(yīng)變?yōu)?%時(shí)的tanδ分析胎面膠的性能。從圖2可以看出：與1#配方膠料相比，2#配方膠料的60 ℃時(shí)的tanδ（應(yīng)變?yōu)?%）較小，滾動(dòng)阻力較低；與3#配方膠料相比，4#配方膠料60 ℃時(shí)tanδ（應(yīng)變?yōu)?%）相近，滾動(dòng)阻力接近。這與DMA分析結(jié)果相似。

圖2 膠料的RPA應(yīng)變掃描曲線

2.3.3 生熱

膠料60 ℃時(shí)的tanδ與回彈值相關(guān)性如圖3所示。

圖3 膠料 60 °C時(shí)的tanδ與回彈值相關(guān)性

一般來說，膠料60 ℃時(shí)的tanδ與回彈值呈線性關(guān)系；膠料的回彈值越大，生熱越低。從圖3可以看出：與RPA分析相比，DMA分析的膠料60 ℃時(shí)的tanδ與回彈值的線性相關(guān)性較好；與1#配方和3#配方膠料分別相比，2#配方和4#配方膠料的回彈值較大，生熱較低。

3 結(jié)論

與未采用NdBR的胎面膠相比，采用20份NdBR的胎面膠的門尼粘度較大，門尼焦燒時(shí)間較短，加工性能和加工安全性能較差，可以通過調(diào)整配方體系改善；強(qiáng)伸性能相當(dāng)或略差，耐磨性能和耐熱老化性能較好；滾動(dòng)阻力降低或相當(dāng)，生熱降低?？偟膩砜?，NdBR有利于提高胎面耐磨性能，并降低滾動(dòng)阻力和生熱，可以作為綠色輪胎用原材料。