Sylvatraxx 4202树脂对半钢子午线轮胎胎面胶性能的影响*

房师涛，赵 菲

(青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042)

多环芳烃化合物主要存在于细粒子中，特别是在PM2.5中富集程度比较高，这部分细粒子易被人体吸收造成对人体的伤害，而机动车排放大量的多环芳烃化合物[1]。2010年欧盟对REACH法规做了进一步的修改[2]，规定轮胎配方中禁止使用高含量的多环芳烃化合物，这使普通芳烃油的使用受到极大的限制。作为满足环保要求的解决办法，生产上使用了对普通芳烃操作油进一步分离提纯得到环保芳烃油(TDAE油)，但取代芳烃油后轮胎的动态性能会受到影响。加之2009年标签法的实施[3]，对轮胎的抗湿滑性[4-6]和滚动阻力[7]做出了更严格的要求，应对这一挑战的主要方法是在轮胎胶料中采用白炭黑补强，但白炭黑在胶料中分散困难，硅烷偶联剂[8-11]的使用成为这一问题的主要解决办法。另外一些加工助剂，比如树脂的使用[12-14]对解决这一难题提供了可行性。Sylvatraxx 4202是Arizona Chemical公司生产的一种苯酚改性的聚萜烯树脂，其软化点为113～118 ℃，玻璃化转变温度为62.7 ℃,利用其高的玻璃化转变温度调整胶料的tanδ曲线来提高抗湿滑性，同时对滚动阻力影响较小。本文研究了Sylvatraxx 4202树脂用量对半钢子午线轮胎胎面胶性能的影响，以期为提高白炭黑补强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 2564A、顺丁橡胶BR9000：中国石油独山子石化公司；Sylvatraxx 4202：荷兰Arizona Chemical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；硅烷偶联剂Si-69：德国德固赛公司；防老剂4020、防老剂RD：中国石化集团南京化学工业有限公司；其它配合剂均为市售工业级产品。

1.2 仪器设备

开炼机：BL-6157，宝轮精密检测仪器公司；密炼机：XSM-500，上海科创橡塑机械设备有限公司；无转子硫化仪：MDR2000，美国Alpha技术有限公司；门尼黏度测试仪：MV2000，美国Alpha技术有限公司；橡胶加工分析仪：RPA2000，美国Alpha技术有限公司；电子拉力机：Z005，德国Zwick公司；平板硫化机：HS-100T-RTMO，深圳佳鑫电子设备科技有限公司；Akron磨耗仪：MH-74，台湾高铁科技股份有限公司；动态力学分析仪：DMA242C，德国耐驰公司；傅里叶红外光谱仪：VERTEX70，德国布鲁克公司；差示扫描量热仪：DSC204F1，德国耐驰公司；凝胶渗透色谱仪：HP1100，美国安捷伦公司。

1.3 实验配方

实验配方(质量份)为：SSBR 104.5；BR 24；1165MP 60；N339 25；氧化锌 3；硬脂酸 2；环保芳烃油 4；Si-69 4.8；防老剂4020 2.5；防老剂 RD 1.5；石蜡1.0；分散剂 3；促进剂3.25；增黏树脂 2；硫黄2；Sylvatraxx 4202变量(0、5、10、15、20)。

1.4 试样制备

胶料采用密炼机进行两段混炼：(1)一段的初始混炼温度为80 ℃，转速为80 r/min。加料顺序为SSBR/BR→小料和Slyvatraxx4202树脂→一半白炭黑、炭黑、偶联剂、环保芳烃油→另一半白炭黑、炭黑、偶联剂、环保芳烃油，温度达到140～145 ℃排胶；(2)二段初始混炼温度为100 ℃，转速为80 r/min，加一段混炼胶，温度达到145 ℃保持3 min，然后排胶。

采用硫化仪在160 ℃下测定混炼胶的正硫化时间(t90)，震荡角为±1°。混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为160 ℃×t90。

1.5 性能测试

(1) 拉伸强度、撕裂强度、回弹性、压缩生热、磨耗性能分别按GB/T 529—2009、GB/T 529—2008、GB/T 530—1999、GB/T 1687—1993、GB/T 1689—1998进行测试。

(2) 橡胶加工分析仪应变扫描：温度为60 ℃，频率为1 Hz，应变范围为0.28%～100%。

(3) 动态力学性能测试：温度范围为-80～80 ℃，升温速率为3 ℃/min，频率为10 Hz。

(4) 红外光谱分析：将Sylvatraxx4202研成粉末后平铺于ATR全反射衰减附件中进行扫描，扫描范围为4 000～400 cm-1,扫描次数为32次。

2 结果与讨论

2.1 Sylvatraxx 4202树脂的理化分析

表1为Arizona Chemical公司实验测定的理化分析结果。

表1 Sylvatraxx 4202树脂的理化分析结果

图1为Sylvatraxx 4202树脂的红外光谱图。

波数/cm-1图1 Sylvatraxx4202树脂的红外光谱

由图1可知，红外光谱在1 600 cm-1,1 500 cm-1处出峰，说明其化学结构中含有少量环状结构，这与基体中的丁苯橡胶具有相似性，所以其与橡胶基体具有良好的相容性。

2.2 Sylvatraxx 4202用量对填料分散的影响

图2是不同Sylvatraxx 4202用量的硫化胶的储能模量(G′) 随应变的变化，也称Payne效应。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。

应变/%(a)

用量/份(b)图2 Sylvatraxx 4202用量对硫化胶Payne效应的影响

由图2可以看出，随着树脂用量的增加，硫化胶的G′总体呈现下降的趋势。原因在于随着树脂用量的增加，其渗透和溶胀橡胶分子链的作用增大，降低了分子链之间的作用力，使橡胶分子链的活动性增加，与填料具有更好的接触从而增大了橡胶-填料的相互作用，使得填料分散性变好，Payne效应降低。随着树脂用量的增加，硫化胶在高应变(100%)处的G′略有下降，说明交联程度下降。低应变处的G′随着树脂用量的增加明显降低，这是因为橡胶中因填料聚集而形成的填料网络减弱和交联密度降低共同引起的，交联密度的降低也可以从表2中的MH-ML看出。而且由于Sylvatraxx 4202与橡胶基体具有良好的相容性，因而形成的填料网络较弱。所以Sylvatraxx 4202树脂的加入改善了填料的分散并能影响交联程度。

2.3 Sylvatraxx 4202用量对加工性能的影响

Sylvatraxx 4202用量对胎面胶加工性能的影响如表2所示。

表2 Sylvatraxx 4202对胎面胶加工性能的影响

从表2可以看出，随着 Sylvatraxx 4202树脂用量的增大，胶料的焦烧时间(t10)略有增加，t90呈增大的趋势，这是由于Sylvatraxx 4202树脂的加入使得硫化体系中有效成分的含量降低，从而使硫化速率降低，硫化时间延长。最低转矩(ML)反映了混炼胶的加工流动性，其值大小除与橡胶的相对分子质量有关外，还受填料-填料网络强弱的影响，Sylvatraxx 4202树脂的加入能够起到软化橡胶的作用，从而使ML降低；最高转矩(MH)的大小除了与硫化胶的交联密度有关外，也与橡胶中的填料网络强度有关。由于Sylvatraxx 4202树脂用量增加使得白炭黑的分散改善，填料网络减弱，因而MH降低。添加20份 Sylvatraxx 4202时，胶料的加工性能有明显的差别，这是因为用量过大导致其在橡胶混合物中达到过饱和后析出造成。

2.4 Sylvatraxx 4202用量对物理机械性能的影响

Sylvatraxx 4202用量对胎面胶物理机械性能的影响如表3所示。由表3可以看出，随着Sylvatraxx 4202的加入，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、拉断伸长率呈现增大的趋势。Sylvatraxx 4202的加入能够起到软化橡胶的作用，所以硫化胶的硬度下降。阿克隆磨耗体积显著降低，说明Sylvatraxx 4202的加入有利于提高胎面胶的耐磨性及延长轮胎的使用寿命。随着 Sylvatraxx 4202的加入，白炭黑、炭黑在橡胶中的分散性逐渐变好，所以硫化胶的压缩生热也明显降低。

表3 Sylvatraxx 4202对胎面胶物理机械性能的影响

2.5 Sylvatraxx 4202用量对动态性能的影响

Sylvatraxx 4202用量对胎面胶损耗因子(tanδ)-温度曲线的影响如图3所示。

温度/℃(a)

温度/℃(b)图3 Sylvatraxx 4202用量对胎面胶tan δ-温度曲线的影响

由图3可以看出，Sylvatraxx 4202树脂的加入使胎面硫化胶的玻璃化转变温度向高温方向移动，损耗峰的峰高明显增大，而且Sylvatraxx 4202的用量越多，损耗峰越高，峰值越移向高温。硫化胶在0～20 ℃范围内的tanδ明显升高，这对于提高胎面胶的抗湿滑性具有重要的意义。在50～80 ℃范围内，随着Sylvatraxx 4202树脂用量的增大，胎面胶tanδ的降低趋势逐渐增大，更接近于空白样，并且添加20份树脂的胎面胶尤为明显。加入Sylvatraxx 4202后，胎面胶的滚动阻力均不同程度增加的原因在于：树脂使胎面胶的玻璃化转变温度向高温方向移动。随着树脂用量的增大，滚动阻力降低的趋势增大，这是由于树脂的软化作用提高了橡胶对填料的浸润作用，改善了填料的分散，使填料网络减弱，因此树脂用量增加时，由填料网络减弱引起的滚动阻力的降低大于因玻璃化转变温度升高引起的滚动阻力的增大，因此总的结果是滚动阻力下降。

3 结 论

(1) Sylvatraxx 4202能改善白炭黑在橡胶中的分散，降低Payne效应，但会降低硫化速度。

(2) Sylvatraxx 4202使胎面胶的强度、模量及压缩生热降低，耐磨耗性显著提高。

(3) Sylvatraxx 4202明显提高了胎面胶的抗湿滑性，在高温区滚动阻力的降低趋势逐渐增大，是一种有前途的高性能轮胎胎面胶加工助剂。

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