聚合物中空微球在胎面膠中的應(yīng)用性能研究

王雷雷 王麗靜 鄭方遠(yuǎn) 解希銘

（中國(guó)石油化工股份有限公司 北京化工研究院燕山分院，橡塑新型材料合成國(guó)家工程研究中心，北京 102500）

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，綠色環(huán)保成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，在輪胎工業(yè)中綠色輪胎由于具有低滾動(dòng)阻力、節(jié)油環(huán)保的特點(diǎn)而備受關(guān)注。隨著全球范圍內(nèi)越來(lái)越多的國(guó)家實(shí)施輪胎標(biāo)簽法規(guī)，對(duì)輪胎滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕缘牡燃?jí)要求越來(lái)越高，因此研究如何降低輪胎滾動(dòng)阻力、提高抗?jié)窕缘膶?duì)中國(guó)輪胎工業(yè)綠色升級(jí)具有重要意義。

聚合物中空微球由于具有低密度、光散射性好、比表面積高、熱絕緣性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，在輕質(zhì)填料、高性能遮光涂料、微膠囊、皮革等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用[1-5]。目前在橡膠應(yīng)用領(lǐng)域的研究較少。

本文采用聚合物中空微球替代部分白炭黑，研究了聚合物中空微球不同替代量對(duì)復(fù)合材料性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

溶聚丁苯橡膠：SSBR2636，中國(guó)石化燕山橡膠分公司產(chǎn)品；順丁橡膠：BR9000，中國(guó)石化茂名分公司產(chǎn)品；聚合物中空微球：粒徑300nm，北京化工大學(xué)提供；8#參比炭黑：天津億博瑞化工有限公司；白炭黑165MP：青島羅地亞公司產(chǎn)品；氧化鋅、硬脂酸及其他助劑均為市售級(jí)工業(yè)產(chǎn)品。

1.2 配方

實(shí)驗(yàn)配方（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）：SSBR2636 103，BR9000 25，8#炭黑5，白炭黑165MP變量，聚合物中空微球變量（白炭黑和聚合物中空微球共77份，聚合物中空微球替代白炭黑份數(shù)分別為0,4,8,12,16），S 1.4 ，促D 1.7 ，促TBBS 1.9 ，其它助劑27.3 。

1.3 試樣制備

采用兩段混煉工藝，一段物料為SSBR2636、BR9000、8#炭黑、白炭黑165MP、聚合物中空微球和其他助劑。二段物料為S、促D和促TBBS。

硫化膠制備：硫化溫度為160℃，壓力15 MPa，硫化時(shí)間根據(jù)無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)得的正硫化時(shí)間tc90確定。

1.4 性能測(cè)試

（1）門(mén)尼粘度：按GB/T 1232.1-2016，在臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司生產(chǎn)的GT-7080-S2型門(mén)尼粘度計(jì)上進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試條件為ML(1+4)100℃。

2）Payne效應(yīng)：采用美國(guó)Alpha公司的橡膠加工分析儀RPA2000對(duì)混煉膠進(jìn)行應(yīng)變掃描。應(yīng)變范圍0.7%-100%，頻率1 Hz，溫度60℃。

（3）硫化特性：按GB/T 16584-1996標(biāo)準(zhǔn)采用無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀（GT-M2000-A型，臺(tái)灣高鐵公司）測(cè)定，測(cè)試溫度160℃。

（4）力學(xué)性能：采用日本島津AG-20KNG型電子拉力機(jī)測(cè)試，按照GB/T 528-2009測(cè)試膠料拉伸應(yīng)力應(yīng)變性能，按照GB/T 531.1-2008測(cè)試邵爾A硬度。

5）動(dòng)態(tài)力學(xué)性能：溫度掃描在德國(guó)GABO公司EPLEXOR 500 N動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析儀上進(jìn)行，采用拉伸夾具，測(cè)試頻率為11 Hz、溫度范圍：-80～80℃，升溫速率3℃/min，靜態(tài)應(yīng)變1%，動(dòng)態(tài)應(yīng)變0.25%。

（6）DIN磨耗：按照國(guó)標(biāo)《GB/T 9867-2008硫化橡膠耐磨性能的測(cè)定(旋轉(zhuǎn)輥筒式磨耗機(jī)法)》規(guī)定，采用DIN磨耗儀測(cè)試（GT-7012-D，臺(tái)灣高鐵儀器檢測(cè)有限公司）硫化橡膠的相對(duì)體積磨耗量。

2 結(jié)果與討論

2.1 門(mén)尼粘度

門(mén)尼粘度可以表征膠料的加工性能。膠料的門(mén)尼粘度大，塑性差，膠料不易混煉均勻以及加工性能差。聚合物中空微球替代量對(duì)膠料的門(mén)尼粘度的影響如表1所示。

從表1可以看出，隨著聚合物中空微球替代量的增大，混煉膠的門(mén)尼粘度逐漸減小，說(shuō)明聚合物中空微球的加入能夠提高膠料的加工性能。

表1 聚合物中空微球替代量對(duì)膠料門(mén)尼粘度的影響

2.2 Payne效應(yīng)

聚合物中空微球替代量對(duì)膠料的Payne效應(yīng)的影響如圖1和表2所示。

從圖1和表2可以看出，隨著聚合物中空微球用量的增加，Payne效應(yīng)逐漸減弱，說(shuō)明聚合物中空微球能夠改善填料在橡膠基體中的分散性。

圖1 不同聚合物中空微球替代量的混煉膠G’-應(yīng)變曲線

表2 不同聚合物中空微球替代量的混煉膠的ΔG’

2.3 硫化特性

聚合物中空微球替代量對(duì)膠料的硫化特性的影響如表3所示。

從表3可以看出，隨著聚合物中空微球替代量的增大，混煉膠的焦燒時(shí)間總體延長(zhǎng)，說(shuō)明聚合物中空微球能夠延長(zhǎng)混煉膠的焦燒時(shí)間，對(duì)膠料的加工安全性有利。膠料的（tc90-tc10）值可以用來(lái)表征熱硫化階段的硫化速度，（tc90-tc10）值越小硫化膠的硫化速度越快。從表3中可以看出，添加少量聚合物中空微球時(shí)，硫化速度增大，但隨著聚合物中空微球替代量的增大，混煉膠的硫化速度逐漸減小。

表3 聚合物中空微球替代量對(duì)膠料硫化特性的影響

2.4 物理性能

聚合物中空微球替代量對(duì)膠料的物理性能的影響如表4所示。

從表4中可以看出，隨著聚合物中空微球替代量的增大，膠料硬度逐漸降低，定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度總體減小，拉斷伸長(zhǎng)率變化不大，撕裂強(qiáng)度減小。DIN磨耗量逐漸增大，說(shuō)明膠料的耐磨性逐漸變差。

表4 聚合物中空微球替代量對(duì)膠料的物理性能的影響

2.5 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

聚合物中空微球替代量對(duì)膠料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響如圖2和表5所示。

圖2 硫化膠的DMA溫度譜tanδ-T曲線

在輪胎工業(yè)中，通常用0℃的tanδ值表征材料的抗?jié)窕阅埽?0℃的tanδ值表征材料的滾動(dòng)阻力。從表5可以看出，聚合物中空微球可以提高膠料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，在本實(shí)驗(yàn)研究范圍內(nèi)，抗?jié)窕蕴岣吡?%～7%，滾動(dòng)阻力降低了5%～8%。聚合物中空微球在低含量時(shí)改善動(dòng)態(tài)力學(xué)性能更優(yōu)。

表5 硫化膠的tanδ(0℃)、tanδ(60℃)和Tg值

3 結(jié)論

3.1 隨著聚合物中空微球替代量的增大，膠料的門(mén)尼粘度下降，加工性能提升，焦燒時(shí)間延長(zhǎng)。

3.2 隨著聚合物中空微球替代量的增大，膠料的強(qiáng)度降低，拉斷伸長(zhǎng)率變化不大，磨耗性能降低。

3.3 聚合物中空微球能夠提升膠料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，且低含量時(shí)效果更優(yōu)。