抗?jié)窕瑯渲瑢?duì)胎面膠性能的影響

孫冰冰，李彥果，馬玉凈，邢 濤，陳雪梅

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

在輪胎行業(yè)技術(shù)發(fā)展的歷程中，滾動(dòng)阻力和抓著力水平是輪胎重要的性能指標(biāo)。在輪胎行駛過程中，其50%的滾動(dòng)阻力來自于胎面部位。在輪胎所有部件中，胎面是唯一與地面產(chǎn)生接觸的位置，輪胎與路面的相互作用均由胎面進(jìn)行傳遞，因此輪胎胎面膠抓著性能的提升和滾動(dòng)阻力的降低至關(guān)重要。

在歐盟輪胎標(biāo)簽法發(fā)布后，日本、韓國(guó)和美國(guó)等國(guó)家也陸續(xù)制定了相應(yīng)的標(biāo)簽法等級(jí)，進(jìn)一步規(guī)范進(jìn)口或本國(guó)輪胎性能水平，提高了對(duì)輪胎抓著力水平和滾動(dòng)阻力性能的要求。

研究表明，在胎面膠中應(yīng)用抗?jié)窕瑯渲欣谔嵘喬サ淖ブ阅?，但?huì)對(duì)滾動(dòng)阻力產(chǎn)生不利影響[1-8]。

本工作研究不同類型的抗?jié)窕瑯渲瑢?duì)白炭黑填充胎面膠滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕阅艿挠绊憽?/p>

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石油天然氣股份有限公司產(chǎn)品；溶聚丁苯橡膠（SSBR），牌號(hào)2550，LG化學(xué)有限公司產(chǎn)品；炭黑N330，上海安侖化工有限公司產(chǎn)品；高分散性白炭黑，福建正盛無機(jī)材料股份有限公司產(chǎn)品；硅烷偶聯(lián)劑Si75，江西宏柏新材料股份有限公司產(chǎn)品；環(huán)保芳烴油（TDAE），寧波漢圣化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

配方1：BR 30，SSBR2550 70，炭黑N330 10，高分散性白炭黑 80，硅烷偶聯(lián)劑Si75 6.4，TDAE 10，防護(hù)體系 6，其他 10。

配方2—5分別以抗?jié)窕瑯渲珻5、C9、改性苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯（MS）樹脂和氫化雙環(huán)戊二烯（DCPD）樹脂等量替代TDAE，其他組分及用量同配方1。

1.3 主要設(shè)備和儀器

GK1.5N型密煉機(jī)，德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品；Φ160 mm×320 mm開煉機(jī)，煙臺(tái)橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；P-200-2PCD型平板硫化機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣磐石油壓工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；DKD-K-16801型自動(dòng)硬度計(jì)，德國(guó)Bareiss公司產(chǎn)品；CMT-4503型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料有限公司產(chǎn)品；5109型彈性試驗(yàn)儀，德國(guó)Zwick公司產(chǎn)品；GT-7012-D型磨耗試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；Eplexor500N型動(dòng)態(tài)粘彈譜分析（DMA）儀，德國(guó)GABO公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

小配合試驗(yàn)?zāi)z料均采用3段混煉工藝，一段和二段混煉為非生產(chǎn)性混煉，在GK1.5N型密煉機(jī)中進(jìn)行；三段混煉為生產(chǎn)性混煉，在開煉機(jī)上進(jìn)行。

一段混煉工藝為：加入生膠（30 s，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1）→加入白炭黑、分散劑ST、偶聯(lián)劑Si75和樹脂→提壓砣→壓壓砣至125 ℃（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1）→提壓砣、145 ℃恒溫90 s排膠，在開煉機(jī)上過輥冷卻后停放4 h。

二段混煉工藝為：加入一段混煉膠（30 s，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r·min-1）→加入防老劑、硬脂酸和炭黑→提壓砣→壓壓砣至125 ℃→150 ℃排膠，在開煉機(jī)上過輥冷卻后停放4 h。

三段混煉工藝為：按照GB/T 6038—2006進(jìn)行開煉機(jī)混煉。

終煉膠停放12 h后，在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，硫化條件為151 ℃×30 min。

1.5 性能測(cè)試

膠料的DMA測(cè)試條件為：溫度－60～80℃，頻率 10 Hz，應(yīng)變 0.25%，升溫速率 2℃·min-1。

膠料的硫化特性和物理性能測(cè)試均按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

膠料的硫化特性如表1所示。

表1 膠料的硫化特性

由表1可見：使用不同類型的樹脂均可以提高終煉膠的門尼粘度，縮短門尼燒焦時(shí)間，并對(duì)硫化速度無明顯影響；使用氫化DCPD樹脂（配方5）膠料的門尼粘度最高，使用改性MS樹脂（配方4）膠料其次，使用C5樹脂（配方2）和C9樹脂（配方3）膠料的門尼粘度接近；使用不同種類樹脂膠料的門尼焦燒時(shí)間在同一水平；使用DCPD樹脂可以提高膠料的Fmax，F(xiàn)L和Fmax－FL。

2.2 物理性能

硫化膠的物理性能如表2所示。

表2 硫化膠的物理性能

從表2可以看出：相比于配方1硫化膠，使用C5樹脂（配方2）硫化膠的邵爾A型硬度、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率提高；使用氫化DCPD樹脂（配方5）硫化膠的邵爾A型硬度、100%定伸應(yīng)力和300%定伸應(yīng)力最大，可有效改善膠料的操控性能；使用改性MS樹脂（配方4）硫化膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和撕裂強(qiáng)度最高。由此可以看出，使用氫化DCPD或改性MS樹脂可明顯改善硫化膠的物理性能。

2.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

膠料的DMA曲線如圖1所示，tanδ為損耗因子。

圖1 膠料的DMA曲線

濕地抓著性能是輪胎重要的性能之一，在頻率1～100 Hz范圍內(nèi)0 ℃時(shí)的tanδ可用于表征膠料的濕地抓著性能，其數(shù)值越大，濕地抓著性能越好；60 ℃時(shí)的tanδ可用于表征膠料的滾動(dòng)阻力，其數(shù)值越小，滾動(dòng)阻力越低[9-10]。由圖1可以看出，使用樹脂膠料0 ℃時(shí)的tanδ增大，即濕地抓著性能提升，但60 ℃時(shí)的tanδ也增大，即滾動(dòng)阻力性能變差。在配方2—5中，使用C5樹脂（配方2）和C9樹脂（配方3）后，膠料的濕地抓著性能提升，但滾動(dòng)阻力性能下降；使用氫化DCPD樹脂（配方5）的膠料具有最優(yōu)的0 ℃的tanδ和60 ℃的tanδ值，可綜合提升膠料的濕地抓著力和滾動(dòng)阻力性能；使用改性MS樹脂（配方4）與使用氫化DCPD樹脂（配方5）的膠料動(dòng)態(tài)性能接近。

2.4 耐磨性能

配方1—5膠料的DIN磨耗指數(shù)分別為116，132，132，126和123。由此可以看出：使用樹脂可以提高膠料的耐磨性能；使用C5和C9樹脂（配方2和3）膠料的DIN磨耗指數(shù)一致，耐磨性能最優(yōu)；使用改性MS樹脂和氫化DCPD樹脂（配方4和5）膠料的耐磨性能相對(duì)較差。

3 結(jié)論

（1）以抗?jié)窕瑯渲娲鶷DAE，膠料的門尼粘度提高，門尼焦燒時(shí)間略縮短。

（2）使用氫化DCPD或改性MS樹脂可明顯改善硫化膠的物理性能，使用C5和C9樹脂膠料的耐磨性能最優(yōu)。

（3）使用抗?jié)窕瑯渲攘刻娲鶷DAE可以改善膠料的濕地抓著性能，但滾動(dòng)阻力性能降低。氫化DCPD樹脂膠料的抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力綜合性能最優(yōu)，改性MS樹脂與氫化DCPD樹脂基本在同一水平，在改善濕地抓著性能的同時(shí)，滾動(dòng)阻力性能變化最小。