不同溶聚丁苯橡胶在全钢子午线轮胎胎面胶中的应用

李 超，苗程成，丛明辉，董凌波，崔 晓

（三角轮胎股份有限公司，山东 威海 264200）

全钢子午线轮胎由于耐磨性能要求高，传统胎面胶配方的补强填料一般采用小粒径炭黑，N1和N2系列炭黑的应用最多。由于国际社会对于轮胎行业节能环保的要求日益严苛[1-3]，推动了白炭黑在轮胎配方中的应用。在白炭黑胎面胶配方中使用丁苯橡胶能够提高胶料的刚性、耐磨性能及抗湿滑性能，因此将白炭黑和溶聚丁苯橡胶（SSBR）用于全钢子午线轮胎胎面胶可以获得高抗湿滑性能和耐磨性能[4-5]，同时由于全钢子午线轮胎胎面胶的主体材料采用天然橡胶（NR），目前仅部分使用SSBR，这使得SSBR的结构与配方性能之间的关系与半钢子午线轮胎配方体系有所不同，因此开发此类全钢子午线轮胎配方具有一定价值。本工作研究4种相对分子质量和玻璃化温度（Tg）相近的SSBR在含白炭黑全钢子午线轮胎胎面胶中的应用，为此类配方的SSBR选择提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，STR20，泰国产品。SSBR，牌号2466，台橡股份有限公司产品；牌号F2743和F2150A，LG化学有限公司产品；牌号HPR850，日本JSR株式会社产品。炭黑N220，山东联科新材料有限公司产品。白炭黑，牌号1165MP，索尔维精细化工添加剂（青岛）有限公司产品。固体硅胶偶联剂，含50%偶联剂Si69和50%炭黑N330，威海市和谐硅业有限公司产品。均匀剂FC-09，威海市宝源橡塑制品有限公司产品。

1.2 试验配方

试验配方如表1所示。

表1 试验配方 份

1.3 主要设备和仪器

XK-160型开炼机，沈阳橡胶机械有限公司产品；啮合型转子密炼机，德国HF公司产品；MV2000S型门尼粘度仪、MDR2000型硫化仪和RPA2000橡胶加工分析（RPA）仪，美国阿尔法科技有限公司产品；XLB-Q型平板硫化机，湖州宏侨橡胶机械有限公司产品；TH200型硬度计，上海伦捷机电仪表有限公司产品；T2000型电子拉力机和GT-7012D型DIN磨耗试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；Roell 5019型回弹仪，德国Zwick公司产品；动态热机械分析（DMA）仪，德国高宝公司产品。

1.4 混炼工艺

胶料采用2段混炼工艺，均在密炼机中进行。一段混炼工艺为：转子转速为100 r·min-1，加入生胶、增塑剂、防老剂、防护蜡→混炼20 s→提压砣→加入炭黑、白炭黑、固体硅胶偶联剂→压压砣60 s→提压砣→压压砣混炼至290 s，排胶（150 ℃），停放4 h以上。二段混炼工艺为：转子转速为60 r·min-1，加入一段混炼胶、促进剂和硫黄，混炼60 s提压砣→压压砣混炼至150 s，排胶（100 ℃）。终炼胶在开炼机上下片。

1.5 性能测试

（1）分散性。采用RPA仪测试，测试条件为：温度 60 ℃，频率 1.66 Hz，应变范围0.7%～100%。

（2）动态力学性能。采用DMA仪测试，拉伸模式，温度扫描测试条件为：静态应变 1%，动态应变 0.25%，频率 10 Hz，温度范围 －60～80℃，升温速率 2 ℃·min-1。

（3）胶料其他性能均按照相应的国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

4种SSBR的理化分析结果如表2所示，Mw为重均相对分子质量，Mn为数均相对分子质量。

表2 SSBR的理化分析结果

因在全钢子午线轮胎配方中进行应用研究，选取的SSBR应不充油或充极少量油，本工作选取4种相对分子质量和Tg相近的SSBR。为了获得兼顾低生热及高抗湿滑性能的胎面胶配方，SSBR的Tg指标为（－25±5） ℃。

2.2 硫化特性

不同SSBR胶料的硫化特性如表3所示。

表3 不同SSBR胶料的硫化特性

从表3可以看出：4种SSBR胶料的门尼粘度相当；1#配方胶料的t5和t90最短，2#—4#配方胶料处于同等水平；与4#配方胶料相比，5#配方胶料的t90延长，这是由于均匀剂小分子的阻碍，降低了硫化交联的速度，同时也减小了胶料的交联密度。

2.3 物理性能

不同SSBR硫化胶的物理性能如表4所示。

表4 不同SSBR硫化胶的物理性能

从表4可以看出：除2#配方硫化胶的定伸应力和拉伸强度略低外，其他配方硫化胶基本处于同等水平；3#配方硫化胶的常温回弹值最大，这与其Tg最低、分子柔顺性最好有关；与4#配方硫化胶相比，5#配方硫化胶的拉伸强度基本相当，但是回弹值减小，耐磨性能下降，这与5#配方胶料的交联密度减小有关。

2.4 分散性

不同SSBR混炼胶的储能模量（G′）-应变关系曲线如图1所示。

从图1可以看出：4种SSBR胶料的填料分散性整体差异不大；其中1#和2#配方胶料的填料分散性略优；添加均匀剂对填料分散性影响不大。

2.5 动态力学性能

不同SSBR硫化胶的损耗因子（tanδ）-温度关系曲线如图2所示。

图2 不同SSBR硫化胶的tan δ-温度关系曲线

从图2可以看出，1#配方硫化胶呈现一个Tg峰，表明2466与NR的相容性最好，2#—5#配方硫化胶的tanδ-温度曲线均有加宽并逐渐呈现两个Tg峰，表明F2743，F2150A和HPR850与NR的相容性相对较差。分析认为，2466与NR的相容性较好可能与其1，2-乙烯基质量分数较大有关，是NR的双键与SSBR的乙烯基基团作用的结果，导致其极性更相似，具有更好的相容性[6-9]。同时，Tg单峰也使1#配方硫化胶具有最低的滞后生热。与4#配方硫化胶相比，5#配方硫化胶的Tg双峰加宽，同时tanδ-温度曲线由明显的双峰状转为肩峰状，表明添加均匀剂可以改善HPR850与NR的相容性。从0 ℃时的tanδ可以看出，2#，4#和5#配方硫化胶的抗湿滑性能优于1#和3#配方硫化胶，这与F2743和HPR850具有更大的苯乙烯质量分数有关[10]。

3 结论

（1）2466，F2743，F2150A和HPR850胶料的门尼粘度相当，硫化特性基本处于同等水平。

（2）F2743硫化胶的定伸应力和拉伸强度略低；F2150A硫化胶的常温回弹值最大；添加均匀剂的HPR850硫化胶的回弹值减小，耐磨性能下降。

（3）2466，F2743，F2150A和HPR850胶料的填料分散性相当，添加均匀剂对填料分散性影响不大。

（4）2466与NR的相容性最好，添加均匀剂可以改善SSBR与NR的相容性；2466硫化胶的生热最低，F2743和HPR850硫化胶的抗湿滑性能更优，但生热明显增加。