間苯二甲酰肼在低滾動阻力輪胎中的應(yīng)用

王菲菲，承齊明，白 浩，陸曉祺

（中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018）

經(jīng)濟(jì)發(fā)展離不開運輸，而輪胎是運輸過程中不可忽視的一個產(chǎn)品，特別是2060年“碳中和”國家戰(zhàn)略的提出，使得節(jié)油、環(huán)保汽車輪胎的制造成為一項重要工作。

輪胎的節(jié)油性能主要通過輪胎滾動阻力來表征[1-2]，歐盟、日本和中國都先后出臺了輪胎標(biāo)簽法，對輪胎滾動阻力進(jìn)行分級。目前各大輪胎企業(yè)主要是通過降低胎面膠生熱來降低輪胎滾動阻力，但根據(jù)輪胎仿真結(jié)果[3]，胎面膠的滾動阻力約占輪胎的36%。輪胎在行駛過程中，胎側(cè)膠的硬度小，屈撓變形大，基部膠連接胎面和帶束層，屈撓變形也較大，這兩個部位也是滾動阻力影響較大的部件，因此降低胎側(cè)膠和基部膠的生熱，是降低輪胎滾動阻力比較重要的一環(huán)。

輪胎基部膠和胎側(cè)膠一般采用天然橡膠（NR）與丁二烯橡膠并用、炭黑填充體系進(jìn)行配方設(shè)計，但若炭黑在NR中的分散性差，反而會提高膠料生熱，對降低滾動阻力不利。間苯二甲酰肼DC-02（簡稱DC-02）是一種酰肼類化合物，屬于NR低生熱改性劑[4]，能與NR分子鏈末端和炭黑表面官能團(tuán)發(fā)生反應(yīng)，形成NR與炭黑之間的偶聯(lián)，從而改善炭黑分散性，降低膠料生熱。

本工作研究DC-02在低滾動阻力輪胎基部膠和胎側(cè)膠中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，SVR3L，越南產(chǎn)品；鎳系順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石油大慶石化分公司產(chǎn)品；釹系BR，牌號CB24，阿朗新科高性能彈性體（常州）有限公司產(chǎn)品；炭黑N330，N550和N660，卡博特（中國）投資有限公司產(chǎn)品；DC-02，大?；瘜W(xué)（上海）有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

試驗配方見表1。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

PHM-2.2小型實驗室密煉機(jī)，璧宏機(jī)械工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；S（X）K-160型開煉機(jī)，上海市拓林輕化機(jī)械廠產(chǎn)品；M200E型門尼粘度儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；GT-2000A型無轉(zhuǎn)子硫化儀，上海諾甲儀器儀表有限公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；TS-2000M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-7120型動態(tài)熱機(jī)械分析儀，日本UESHIMA公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

膠料分兩段混煉，均在密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1，混煉工藝為：投入生膠、炭黑、氧化鋅、硬脂酸、DC-02等→升溫至110℃，提壓砣→壓壓砣→升溫至130 ℃，提壓砣清掃→升溫至155 ℃，排膠→在開煉機(jī)上下片，放置4 h；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1，混煉工藝為：投入一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑→混煉20 s，提壓砣→壓壓砣→混煉20 s，提壓砣→壓壓砣→升溫至100 ℃，排膠→開煉機(jī)薄通6次后出片。

1.5 性能測試

各項性能均按相應(yīng)的國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 DC-02與NR的作用機(jī)理

DC-02的結(jié)構(gòu)式如圖1所示，DC-02與NR的反應(yīng)如圖2所示。

圖1 DC-02的結(jié)構(gòu)式

圖2 DC-02與NR的化學(xué)反應(yīng)示意

從圖1和2可以看出，DC-02的一端可與NR的分子鏈末端醛基反應(yīng)，另一端與炭黑結(jié)合，形成類似的偶聯(lián)體，從而提高炭黑分散性，降低NR/炭黑膠料的生熱和滾動阻力。

2.2 膠料性能

DC-02對膠料性能的影響如表2所示，tanδ為損耗因子。

表2 DC-02對膠料性能的影響

從表2可以看出：在基部膠和胎側(cè)膠中加入DC-02，膠料的門尼粘度增大，加工性能變差，門尼焦燒時間縮短，硫化特性無明顯變化；硫化膠的硬度增大，撕裂強(qiáng)度減小，其他物理性能變化不大。分析認(rèn)為：DC-02的加入會形成NR/DC-02/炭黑的偶聯(lián)體，增加了配方中的結(jié)合膠，造成門尼粘度增大；同時這種偶聯(lián)體能提供更好的補強(qiáng)效果，造成硬度也會增大。因此，DC-02的用量應(yīng)有所控制，建議在0.1～0.5份之間。

從表2還可以看出，在基部膠和胎側(cè)膠中加入DC-02，膠料60 ℃時的tanδ都有所下降，說明其確實可以提高炭黑的分散性，降低膠料的動態(tài)生熱，這對降低輪胎滾動阻力是有利的，因此生產(chǎn)成品輪胎進(jìn)行滾動阻力驗證。

2.3 成品性能

采用試驗配方膠料生產(chǎn)205/60R16 92H輪胎，并對其進(jìn)行滾動阻力、高速和耐久性能測試，結(jié)果如表3—5所示。

表3 成品輪胎的滾動阻力測試結(jié)果

表4 成品輪胎的高速性能測試結(jié)果

表5 成品輪胎的耐久性能測試結(jié)果

從表3可以看出，與生產(chǎn)輪胎相比，試驗輪胎的滾動阻力系數(shù)減小了0.2 N·kN-1，滾動阻力降低2.5%。從表4和5可以看出，試驗輪胎的高速和耐久性能均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且與生產(chǎn)輪胎處于同等水平。

3 結(jié)論

（1）DC-02作為一種酰肼類化合物，其一端可與NR末端的醛基發(fā)生反應(yīng)，另一端與炭黑結(jié)合，能提高NR/炭黑膠料的分散性，降低膠料的生熱和滾動阻力。

（2）在基部膠和胎側(cè)膠中加入DC-02，不會對膠料的硫化特性和物理性能產(chǎn)生明顯影響，但用量應(yīng)控制在0.1～0.5份之間，否則會帶來加工困難的問題。

（3）采用DC-02生產(chǎn)的成品輪胎滾動阻力下降，高速和耐久性能均滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。DC-02在低滾動阻力輪胎中具有較好的應(yīng)用前景。