腰果殼油改性酚醛樹脂在轎車子午線輪胎高硬度三角膠中的應(yīng)用

汪 燕，徐 旗，于海洋，徐文龍，孫世悅，崔雪靜

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 榮成 264300]

酚醛補強(qiáng)樹脂是一種綜合性能較好的補強(qiáng)增硬劑，與固化劑（亞甲基給予體）發(fā)生固化反應(yīng)生成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可有效提高膠料的硬度、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、模量、耐磨和耐化學(xué)腐蝕等性能，廣泛應(yīng)用于輪胎胎面和胎圈[1-5]。為改善酚醛樹脂在橡膠中的溶解性，常使用妥爾油或腰果殼油對酚醛樹脂進(jìn)行改性[6-7]。與妥爾油改性酚醛樹脂相比，腰果殼油改性酚醛樹脂具有更高的反應(yīng)活性，可使膠料具有更高的硬度。

本工作研究不同牌號腰果殼油改性酚醛樹脂在轎車子午線輪胎高硬度三角膠中的應(yīng)用性能。

1 實驗

1.1 主要原材料

腰果殼油改性酚醛樹脂，A（游離酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.05，片狀）和B（游離酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.01，薄片狀或粒狀），國外某公司產(chǎn)品；牌號2201（游離酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.009，粒狀）和2201H（游離酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于0.01，粒狀），國內(nèi)某公司產(chǎn)品。

1.2 配方

基本配方：天然橡膠 100，炭黑 70，氧化鋅5，硬脂酸 2.5，防老劑 1，增粘樹脂 5，操作油 6，不溶性硫黃 2，促進(jìn)劑 2.4，酚醛樹脂A 10，六亞甲基四胺 1。

1#—3#試驗配方分別使用酚醛樹脂B，2201，2201H等量替代酚醛樹脂A，其余組分與用量同基本配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，煙臺橡膠機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品；GK400型和GK270型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；V502H-18X型平板硫化機(jī)，美國WABASH MPI公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；GT-AI7000M型拉力試驗機(jī)，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；VR-7130型動態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，日本株式會社上島制作所產(chǎn)品；ACQUITY APC型高溫凝膠色譜（GPC）儀，美國Waters公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗

膠料在開煉機(jī)上分兩段進(jìn)行混煉，一段混煉加料順序為：生膠→氧化鋅、硬脂酸、防老劑、增粘樹脂、酚醛樹脂、炭黑→操作油→下片，停放；二段混煉加料順序為：一段混煉膠→不溶性硫黃、促進(jìn)劑、六亞甲基四胺→下片，停放。

1.4.2 大配合試驗

膠料在GK400型密煉機(jī)中分3段混煉，在GK270型密煉機(jī)中進(jìn)行終煉。

一段混煉工藝如下：生膠、氧化鋅、硬脂酸、防老劑、增粘樹脂、酚醛樹脂、炭黑（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1）→壓壓砣20 s→提壓砣→加操作油（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至30 r·min-1）→壓壓砣20 s→提壓砣→壓壓砣→165 ℃排膠。

二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，混煉工藝如下：一段混煉膠→壓壓砣20 s→提壓砣→壓壓砣20 s→提壓砣→壓壓砣→165 ℃排膠。

三段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1，混煉工藝如下：二段混煉膠→壓壓砣15 s→提壓砣→壓壓砣15 s→提壓砣→壓壓砣→165 ℃排膠。

終煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，混煉工藝如下：三段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑和六亞甲基四胺→壓壓砣20 s→提壓砣保持5 s→壓壓砣20 s→提壓砣保持5 s→壓壓砣→100 ℃排膠。

混煉膠在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為171℃×15 min。

1.5 性能測試

膠料各項性能均按照相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

不同牌號酚醛樹脂的理化分析結(jié)果見表1。

由表1可見：酚醛樹脂A與2201的相對分子質(zhì)量和軟化點相近；酚醛樹脂B和2201H的軟化點較高，這與酚醛樹脂B和2201H的相對分子質(zhì)量較大有關(guān)。

表1 不同牌號酚醛樹脂的理化分析結(jié)果

2.2 小配合試驗

2.2.1 硫化特性

小配合試驗?zāi)z料的硫化特性見表2。

表2 小配合試驗?zāi)z料的硫化特性

從表2可以看出，4種酚醛樹脂膠料的門尼粘度、門尼焦燒時間和硫化速度相當(dāng)。

2.2.2 物理性能

小配合試驗?zāi)z料的物理性能見表3。

表3 小配合試驗?zāi)z料的物理性能

從表3可以看出，4種酚醛樹脂膠料老化前后的各項物理性能差異不大，性能相當(dāng)。

2.2.3 動態(tài)性能

小配合試驗?zāi)z料的動態(tài)性能見表4，其中tanδ為損耗因子，E′為剪切模量。膠料的溫度掃描曲線如圖1所示。

從表4和圖1可以看出：4種酚醛樹脂膠料的生熱均較低，分析與膠料硬度較大、變形較小有關(guān)；1#和2#試驗配方膠料的生熱與基本配方膠料相當(dāng)，3#試驗配方膠料的生熱略高，但也滿足使用要求。

圖1 小配合試驗?zāi)z料的溫度掃描曲線

表4 小配合試驗?zāi)z料的動態(tài)性能

2.3 大配合試驗

2.3.1 硫化特性

選定1#和3#試驗配方進(jìn)行大配合試驗，膠料的硫化特性見表5。

表5 大配合試驗?zāi)z料的硫化特性

由表5可見，與1#試驗配方膠料相比，3#試驗配方膠料的門尼粘度較低，門尼焦燒時間延長1.5 min，說明酚醛樹脂2201H的加工安全性更好。

2.3.2 物理性能

大配合試驗?zāi)z料的物理性能見表6。

從表6可以看出，1#和3#試驗配方膠料的各項物理性能相當(dāng)，與小配合試驗結(jié)果一致。

表6 大配合試驗?zāi)z料的物理性能

2.3.3 動態(tài)性能

大配合試驗?zāi)z料的動態(tài)性能見表7，溫度掃描曲線如圖2所示。

表7 大配合試驗?zāi)z料的動態(tài)性能

圖2 大配合試驗?zāi)z料的溫度掃描曲線

從表7和圖2可以看出，1#和3#試驗配方膠料的溫度掃描曲線基本重合，生熱性能相當(dāng)。

3 結(jié)論

研究不同牌號腰果殼油改性酚醛樹脂在轎車子午線輪胎高硬度三角膠中的應(yīng)用，試驗得到以下結(jié)論。

（1）國外A與國內(nèi)2201牌號酚醛樹脂的相對分子質(zhì)量和軟化點相近，國外B與國內(nèi)2201H牌號酚醛樹脂的相對分子質(zhì)量和軟化點相近；后兩者的軟化點較高，這與它們的相對分子質(zhì)量較大有關(guān)。

（2）各牌號酚醛樹脂膠料老化前后的物理性能及生熱性能相當(dāng)。

（3）酚醛樹脂2201H膠料的加工安全性較好。