增效劑CST812在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

程 茹，王小娟，李培軍，周 靜，樊斌斌

（風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

充氣輪胎在滾動過程中由于滾動阻力的存在，車輛的燃油消耗增大[1]。隨著歐洲輪胎標簽法的升級和實施，以及其他國家和地區(qū)逐漸頒布相應(yīng)的輪胎標簽法規(guī)，對輪胎滾動阻力的要求越來越嚴格[2]。這就需要對輪胎膠料性能進行優(yōu)化，特別是對滾動阻力影響大的胎面膠[3-4]。目前，應(yīng)用新型橡膠材料、低滯后損失的補強材料及新型添加劑進行胎面膠配方優(yōu)化是重要的研究方向[5-10]。

增效劑CST812是一種特殊的多功能型硅烷化反應(yīng)增效劑，可以促進天然橡膠（NR）與硅烷偶聯(lián)劑偶聯(lián)反應(yīng)，使硅烷和橡膠材料更易發(fā)生親電加成反應(yīng)，并且反應(yīng)效率較高，可提高NR與硅烷的偶聯(lián)效率，同時降低Payne效應(yīng)和膠料的滯后損失。

本工作主要研究增效劑CST812在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 原材料

NR，STR，泰國產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石油化工股份有限公司北京燕山分公司產(chǎn)品；炭黑N234，龍星化工股份有限公司產(chǎn)品；白炭黑，山東聯(lián)科白炭黑有限公司產(chǎn)品；硅烷偶聯(lián)劑TESPT，景德鎮(zhèn)宏柏化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品；增效劑CST812，外觀為黑色顆粒，灰分質(zhì)量分數(shù)不大于30%，江蘇麒祥高新材料有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，石家莊志億鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，杭州油脂化工有限公司產(chǎn)品；硫黃，山東陽谷華泰化工股份有限公司產(chǎn)品；促進劑CBS，科邁化工股份有限公司產(chǎn)品；其余材料均為市售產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

設(shè)計配方時，為降低膠料的生熱和滯后損失，用白炭黑部分等量替代炭黑；同時，考慮增效劑CST812可以起到增效和提高偶聯(lián)反應(yīng)的作用，未調(diào)整硅烷偶聯(lián)劑TESPT的用量。

試驗配方如表1所示。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

1.5 L密煉機，美國法雷爾公司產(chǎn)品；Φ160mm×320 mm開煉機，廣東湛江機械廠產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀和RPA2000橡膠加工分析（RPA）儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；140T型平板硫化機，上海橡膠機械一廠產(chǎn)品；邵爾A型硬度計，上?；C械四廠產(chǎn)品；Tensi TECH型電子拉力機，美國德寶公司產(chǎn)品；MZ-4061型阿克隆磨耗試驗機，中國臺灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品；Ultimate全自動壓縮生熱試驗機，德國DOLI公司產(chǎn)品；RSS-Ⅱ型橡膠滾動阻力試驗機和RCC-Ⅰ型動態(tài)切割試驗機，北京萬匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料混煉采用2段工藝，一段混煉在密煉機中進行，二段混煉在開煉機上進行。

一段混煉工藝為：加入生膠，壓壓砣，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1下混煉60 s，加入炭黑、白炭黑及硅烷偶聯(lián)劑TESPT、增效劑CST812、氧化鋅和硬脂酸，壓壓砣，繼續(xù)混煉90 s，提壓砣，再壓壓砣，混煉90 s后排膠。

二段混煉工藝為：在一段混煉膠中添加硫黃和促進劑，混煉均勻，薄通后下片。

混煉膠停放24 h后，用硫化儀測試膠料的硫化特性，隨后用平板硫化機硫化，硫化膠試樣停放24 h后進行性能測試。

1.5 性能測試

動態(tài)力學(xué)性能測試采用RPA2000橡膠加工分析儀進行應(yīng)變掃描，混煉膠應(yīng)變掃描條件為：溫度 100 ℃，頻率 1 Hz，應(yīng)變范圍0.28%～400%；硫化膠應(yīng)變掃描條件為：溫度 80℃，頻率 1 Hz，應(yīng)變范圍 0.28%～50.0%。

膠料生熱性能測試按GB／T 1687.3—2016《硫化橡膠 在屈撓試驗中溫升和耐疲勞性能的測定第3部分：壓縮屈撓試驗（恒應(yīng)變型）》進行。膠料滯后損失和抗切割性能按照企業(yè)標準進行測試。

膠料其他性能均按相應(yīng)國家標準或企業(yè)標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性

膠料的硫化特性如表2所示，tanδ為損耗因子。

表2 膠料的硫化特性（151 °C）

從表2可以看出：與1#配方膠料相比，直接添加增效劑CST812的2#配方膠料的Fmax－FL略有增大，硫化速度變快，F(xiàn)max時的tanδ有較明顯的減??；降低炭黑用量且補充同樣份數(shù)的白炭黑的3#配方膠料的Fmax－FL降低，且Fmax時的tanδ減?。浑S著增效劑CST812用量的增大，膠料的Fmax－FL明顯增大，F(xiàn)max時的tanδ有一定程度的下降，可以預(yù)測膠料的生熱逐漸降低。

2.2 物理性能

硫化膠的物理性能如表3所示。

從表3可以看出：與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠的邵爾A型硬度和定伸應(yīng)力增大；與2#配方硫化膠相比，3#配方硫化膠的邵爾A型硬度和定伸應(yīng)力降低；增大增效劑CST812用量后，硫化膠的邵爾A型硬度和定伸應(yīng)力基本相當(dāng)或略有提高；4#配方硫化膠的耐磨性能最好。老化后硫化膠的定伸應(yīng)力增大，拉伸強度降低；與3#配方硫化膠相比，4#和5#配方硫化膠老化后的拉伸強度明顯提高。綜合來看，添加0.8份增效劑CST812的4#配方硫化膠的綜合物理性能最好。

表3 硫化膠的物理性能

2.3 抗壓縮疲勞性能、滯后損失和抗切割性能

硫化膠的抗壓縮疲勞性能、滯后損失和抗切割性能如表4所示。

表4 硫化膠的抗壓縮疲勞性能、滯后損失和抗切割性能

從表4可以看出：與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠的壓縮疲勞溫升、功率損耗等均降低，但抗切割性能也變差；3#配方硫化膠的壓縮疲勞溫升、功率損耗也有所降低，3#配方硫化膠的抗切割性能略優(yōu)于2#配方硫化膠；隨著增效劑CST812用量的增大，膠料的功率損耗逐漸降低，但抗切割性能也變差。綜合來看，添加0.8份增效劑CST812的4#配方硫化膠的抗壓縮疲勞性能、滯后損失和抗切割性能最好。

2.4 RPA分析

混煉膠RPA應(yīng)變掃描的儲能模量（G′）-應(yīng)變（ε）關(guān)系曲線如圖1所示。

圖1 混煉膠應(yīng)變掃描的G′-ε關(guān)系曲線

從圖1可以看出：隨著ε增大，混煉膠的G′迅速降低，表現(xiàn)出明顯的Payne效應(yīng)；與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠最小ε下的G′與最大ε下的G′的差值（ΔG′）有所下降；3#配方硫化膠的ΔG′較高，隨著增效劑CST812用量的增大，膠料的ΔG′逐漸下降，表征填料的分散性逐漸變好，即增效劑CST812可以提高填料在橡膠基體中的分散性。

硫化膠RPA應(yīng)變掃描的tanδ-ε關(guān)系曲線如圖2所示。

圖2 硫化膠應(yīng)變掃描的tanδ-ε關(guān)系曲線

從圖2可以看出：與1#配方硫化膠相比，2#配方硫化膠的tanδ有所減??；3#配方硫化膠的tanδ小于2#配方硫化膠；隨著增效劑CST812用量的增大，膠料的tanδ逐漸減小，說明增效劑CST812可以降低填料Payne效應(yīng)和膠料的滯后損失。

3 結(jié)語

（1）在全鋼載重子午線輪胎胎面膠中直接加入增效劑CST812后，膠料的定伸應(yīng)力提高，生熱和滯后損失有一定程度的降低。

（2）用白炭黑等量替代部分炭黑，增大增效劑CST812的用量后，填料的分散性改善，膠料的邵爾A型硬度和定伸應(yīng)力基本相當(dāng)或略有提高，生熱、滯后損失和tanδ明顯降低，膠料的耐磨性能有一定程度的提高，但抗切割性能降低。當(dāng)增效劑CST812用量為0.8份時，膠料的綜合性能最好。