含低PAH油的橡胶的动态力学性能

杜 娟， 王孝平， 曹玉梅， 董 颖

(1.吉林石化公司研究院;2.吉林石化公司销售管理部;3.吉林石化公司 有机合成厂) 编译

含低PAH油的橡胶的动态力学性能

杜 娟1， 王孝平2， 曹玉梅3， 董 颖1

(1.吉林石化公司研究院;2.吉林石化公司销售管理部;3.吉林石化公司 有机合成厂) 编译

多环芳香烃(PAH)含量是轮胎工业用油的敏感话题。研究了新的低PAH含量油在未硫化SBR胶料中的应用情况，尤其是胶料的动态力学性能。比较了15种以上牌号、来自世界各地的油品。

多环芳香烃(PAH);SBR;填充油;操作油;动态力学性能;轮胎;环保

0 前言

在轮胎工业中作为添加剂使用的高芳烃油中含有多环芳香烃(PAH)，在含量超过一定水平的条件下长时间接触其中的一些油类有致癌的可能性。

根据始于2010年的EU指示号2005/69/EC，由欧盟生产或进口的含有低含量多环芳烃(PAH)油的新轮胎被划分为非致癌类。低PAH水平被定义为IP346提取物小于3%。

各种石油基矿物质油能够满足低PAH的要求，然而，它们的性能不同于高芳烃油。因此，人们研究了未硫化橡胶和胶料的性能、硫化过程和使用“新”油的硫化胶的性能，以及在轮胎的应用中主要考虑的动态力学性能。

文中研究了含填充油的未硫化SBR，将油作为填充剂或操作助剂的轮胎橡胶胶料和硫化胶的动态力学性能。当然，也研究了硫化过程。

1 实验

将使用DAE油(高含量多环芳烃油)对于橡胶性能的影响与使用低PAH类型的多环芳烃油对橡胶性能的影响进行了对比。检测了由Paramo(捷克)、H＆R Group(德国)、壳牌(荷兰)、Total(法国)、Lotos Oil(波兰)、Nynas AB(瑞典)、埃克森美孚(美国)、Werba OHG(澳大利亚)等公司生产(或分销)的15种以上牌号的油品。研究了这些油品作为填充油对SBR(由Synthos生产的Kralex牌号)和作为操作油对NR、SBR、BR轮胎配方的影响。

使用RPA2000W流变仪测定了胶料的黏弹特性、100℃下硫化胶的动态剪切模量、贮存和损失组分、损耗因子tan δ和研究了150℃下的硫化过程(美国Alpha技术)。

使用DX04T仪表(RMI，捷克共和国)在正弦变化为1、2、5、10、20 Hz并且温度在 －70 ℃～80℃之间测定了硫化胶的动态力学性能。在tan δ为最大值时估计玻璃化转变温度。

2 结果与讨论

2.1 充油SBR

观察了添加炭黑和操作油的SBR硫化胶动态力学性能的区别。定伸应力和损耗因子(tan δ)的区别较小。低温下的损耗因子(高值表明湿路面抓着力高)和温升(低值表明滚动阻力低)如图1和图2所示，这可以作为轮胎行业的一个实例。在温度接近Tg时，损耗因子较大，此时可以观察到使用各不同牌号油品的tan δ的区别较大。几种油的Tg的结果如表1所示。这也证实了填充MES(大豆油脂肪酸甲酯)油的SBR的Tg较低。

文中还研究了橡胶的特性与油品特性之间的关系，既考虑了油的密度(15℃)、动态黏度(40℃和100℃)、平均相对分子质量和玻璃化转变温度(由DSC测得)诸因素。也考虑了橡胶的一些其他性能，如门尼黏度和门尼松弛(100℃)、原料橡胶的玻璃化转变温度(通过DSC测得)和标准胶(145℃)的硫化过程。就硫化胶的性能而言，研究了标准硫化胶拉伸测试的“静态”数据和DMA的“动态”数据。验证了2 000多个数据的关联性，大多数的相关性非常小(无关联)。

橡胶的特性与油品密度之间的关系是相关性较好的例子:随着油品密度的增加(在15℃下)，以下参数也增大:油的玻璃化转变温度(Tg)、原料生胶和硫化胶的Tg(见图3)、硫化胶(－10℃、20 Hz)的弹性(E*)复合动态拉伸模量、硫化胶(在60℃和70℃，1 Hz下)的损耗因子(tan δ)。

图1 在不同温度和1 Hz条件下充油SBR硫化胶的损耗因子tan δ

图2 在不同温度、1 Hz条件下充油SBR硫化胶的损耗因子tan δ

表1 通过DMA(动态机械分析仪)确定的SBR硫化胶的玻璃化转变温度

图3 充油SBR的Tg(由DSC测得)与填充油密度之间的关系

由DSC确定的橡胶的Tg和油的Tg之间的相关性极好(见图4)。上面提到的温度接近Tg时对低温性能的影响，同－10℃下的损耗因子与橡胶Tg的相关性一样，极为显著。

图4 充油SBR的Tg与填充油Tg的关系

图5 在－10℃、1 Hz条件下充油SBR硫化胶的损耗因子tan δ与硫化胶Tg的关系

2.2 轮胎胶料

通过RPA2000流变仪检测含有各种操作油的轮胎胶料(由捷克Mitas公司制备)的动态流变性能。结果表明，除了使用的油品不同之外，在相同配方下不同胶料的性能上的区别很小(如图6所示)。

图6 轮胎外胎(硫化胶)的动态扭矩 S＇(1 Hz、RPA2000)与应变振辐之间的关系

2.3 轮胎测试

在拖拉机轮胎以及含有低PAH油的工业轮胎(装载机、挖掘机、建筑机械和运土机械)的径向和对角线的转筒实验中，我们能看到的结果是:不同种类的油品对于轮胎性能的测试结果没有大的区别。

3 结 论［1］

当标准高芳烃油DAE型被低PAH含量的DAE、TDAE、MES、RAE、TRAE 和环烷油所替代时，对充油SBR和填充操作油的胶料的黏弹性能影响不大。对实验室制备的标准硫化胶和轮胎橡胶的动态性能的影响也很小。据此可以判断，用低PAH油来代替DAE型是可行的。

文中评价了橡胶性能和油品性能之间的关系，即橡胶性能与油品密度或Tg具有极好的线性关系。

［1］Kuta A，Hrdliˇcka Z，Voldánová J，et al.Dynamic mechanical properties of rubbers with standard oils and oils with low content of polycyclic aromatic hydrocarbons［J］. Kautschuk Gummi Kunststoff，2010，63(4):120-122.

TQ 330.1

B

1671-8232(2011)11-0001-03

［责任编辑:朱 胤］

2010-06-30

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