排胶温度对加工助剂在半钢子午胎胎面胶中应用的影响

房师涛，吕 婧，赵 菲

(青岛科技大学 橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东 青岛 266042)

标签法的实施对轮胎的滚动阻力和抗湿滑性提出了更高的要求，应对这一挑战的主要方法是在轮胎胶料中使用白炭黑，但白炭黑在橡胶中分散困难，硅烷偶联剂及一些加工助剂的使用有助于提高白炭黑在橡胶中的分散[1-2]，从而改善硫化胶的性能。本文使用了一种新型的橡胶加工助剂，这种助剂是一种核壳结构的纳米粒子，其硬质的核芯由高度交联的橡胶组成，起到类似填料刚性粒子的作用，由核芯至壳层交联程度梯度下降，表层含有大量的羟基。这种特殊的结构使该加工助剂既与橡胶有良好的相容性，又与白炭黑表面的羟基有较好的亲和作用，可以改善白炭黑在橡胶中的分散[3-9]。排胶温度是影响白炭黑分散的重要因素。本文研究了排胶温度对添加加工助剂的半钢子午线轮胎胎面胶性能的影响，以期为提高白炭黑填充轮胎胎面胶的性能提供有益的参考。

1 实验部分

1.1 原料

溶聚丁苯橡胶(SSBR) 2557A、顺丁橡胶(BR)9000：中国石油独山子石化公司；白炭黑1165MP：罗地亚(青岛)公司；环保芳烃油VIVATEC500：德国汉盛集团公司；加工助剂：朗盛化学公司；硅烷偶联剂Si-69 (双-三乙氧基硅烷基-丙基四硫化合物)：德国德固赛公司；防老剂4020(N-1,3-二甲基丁基-N′-异丙基对苯二胺)、防老剂RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氢化喹啉聚合体)：中国石化集团南京化学工业有限公司化工厂；其它配合剂均为市售工业级产品。

1.2 实验方法

(1) 试样配方(质量份)：SSBR 75；BR 25；1165MP 80；Si-69 6.4；氧化锌2.5；硬脂酸1；防老剂4020 1；防老剂RD 1.0；加工助剂10；硫化助剂5.3。

(2) 工艺过程：采用上海科创科技股份公司生产的密炼机混炼工艺制备混炼胶，工艺如表1所示。

采用美国ALPHA公司生产的无转子硫化仪在160 ℃测定混炼胶的硫化特性，振荡角±1°。

混炼胶在深圳佳鑫电子设备科技有限公司生产的HS100T-RTMO-2RT型平板硫化机上硫化，硫化条件为160 ℃×t90。

表1 混炼工艺参数

1.3 性能测试

动态应变扫描采用美国ALPHA公司生产的RPA20000动态扫描仪，测试条件：温度60 ℃，频率1 Hz；压缩生热采用高铁科技股份有限公司生产的GT-RH-2000压缩生热实验机进行实验；阿克隆磨耗在江苏江都实验机械厂生产的MH-74实验机上进行，采用GB/T 1689—1998进行测试；力学性能在德国Zwick公司生产的橡胶电子拉力试验机Z005上按GB/T528—1998进行测试。

2 结果与讨论

2.1 排胶温度对白炭黑分散的影响

Payne效应通常用来表征填料在橡胶中的分散，图1为不同排胶温度得到的硫化胶的动态应变扫描结果。

应变/%(a)

应变/%(b)

由图1可以看出，添加加工助剂的混炼胶中，白炭黑的分散性均得到不同程度的改善。在大应变(100%)处不同排胶温度的硫化胶的模量G′没有差别，说明排胶温度对硫化胶的交联程度及分子链(如断链)没有产生影响。Payne效应中低应变处的模量能反映橡胶基体中填料的分散状况。从图1中可以看出，排胶温度越高，胶料低应变时的模量越低，即橡胶中因填料聚集而形成的填料网络越弱。原因是混炼温度越高，白炭黑、加工助剂表面的极性羟基与偶联剂的硅烷化反应作用越强，白炭黑在橡胶中的分散越好，形成的填料网络越弱。由于动态应变下填料网络的破坏和重建会耗散额外的能量，因此，与填料网络的强弱相对应，140 ℃排胶温度下得到的硫化胶的动态损耗因子较高，而155 ℃排胶温度下得到的硫化胶的动态损耗因子较低。

2.2 排胶温度对混炼胶硫化特性的影响

不同排胶温度得到的混炼胶的门尼粘度和硫化转矩如表2所示。

表2 排胶温度对混炼胶硫化特性的影响

由表2可知，由于排胶温度升高，白炭黑的分散性变好，因此混炼胶的门尼粘度、硫化最低和最高转矩均降低，混炼胶的加工流动性变好。尽管混炼时的排胶温度升高，但混炼胶的焦烧时间t10和正硫化时间t90无明显变化，说明提高混炼温度不会对混炼胶的加工安全性和硫化效率产生不良影响。

2.3 排胶温度对硫化胶物理机械性能的影响

表3为排胶温度对硫化胶物理机械性能的影响。

表3 混炼温度对硫化胶物理机械性能的影响

由表3可以看出，排胶温度高时，硫化胶的硬度、定伸应力、拉伸强度、撕裂强度等性能均略有提高；对回弹性的影响不大。

2.4 排胶温度对硫化胶压缩生热和阿克隆磨耗的影响

图2是排胶温度对硫化胶压缩生热和阿克隆磨耗的影响。

排胶温度/℃(a) 排胶温度对压缩生热的影响

排胶温度/℃(b) 排胶温度对阿克隆磨耗的影响

155 ℃的排胶温度下胶料的压缩生热和阿克隆磨耗较低，这对于轮胎胎面胶来说是至关重要的。由于较高温度下核壳结构加工助剂的作用，使得白炭黑的分散性变好，硫化胶的耐磨性变好。同时白炭黑的分散变好，减弱了填料粒子间的相互摩擦，使得硫化胶的压缩温升较低。

3 结 论

(1) 加工助剂的使用使白炭黑在橡胶中的分散性得到提高，硫化胶的性能得到改善。

(2) 研究范围内的排胶温度对混炼胶的硫化特性没有明显的影响。

(3) 在研究范围内，混炼时的排胶温度越高，白炭黑的分散性越好。

(4) 在研究范围内，混炼时的排胶温度越高，硫化胶的综合物理机械性能越好，压缩生热、阿克隆磨耗越低。

参 考 文 献：

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