端基改性溶聚丁苯橡胶对应用性能的提高

余志军，宋丽莉，刘嘉渝

(1.中国石化集团资产经营管理有限公司 巴陵分公司，湖南 岳阳 414014；2.中国石油吉林石化公司 建修公司，吉林 吉林 132021)

溶聚丁苯橡胶(SSBR)凭借其优良的湿滑路面抓地性、滚动阻力小及优异的加工性能，广泛应用于汽车轮胎，是现代绿色高性能汽车轮胎胎面胶重要原料之一[1-2]。

SSBR采用阴离子聚合技术，在聚合过程中，可以控制聚合单体的含量、丁二烯单元的微观结构、聚合物的链长、单体单元的序列分布以及聚合物链末端可引入反应性官能团。在SSBR聚合物链末端接入极性大分子官能团，是提高SSBR综合性能的有效手段。SSBR分子链末端引入极性大分子基团，可以“钝化”SSBR大分子链自由末端，使填料-聚合物作用力增强，无机填料的聚集性减弱，从而改善了聚合物内的滞后损失，降低了轮胎胎面的滚动阻力。轮胎的滚动阻力约50%是来自胎面胶的滞后损失[3-4]。SSBR大分子的黏弹性能滞后只是橡胶混炼胶料总滞后性能的一部分，重要的是，增强填料与聚合物大分子之间的作用力，降低填料与聚合物大分子之间结合与脱离的滞后损失和内耗。为此，在聚合物分子链链末端引入既能“钝化”分子链链端，又能增强与填料亲和性的官能团，就可降低橡胶的滞后损失性能[5-8]。这对制备绿色节能轮胎具有重要意义。

本文研究了SSBR Buna VSL4526、T3830，巴陵石化端基改性产品SSBR3343S和SSBR 2563S的硫化特性、物理性能、动态力学性能、耐磨性能和抗湿滑性能，对从事SSBR领域研究的技术人员具有指导意义。

1 实验部分

1.1 原料

SSBR：产品规格见表1；顺丁橡胶：牌号BR9000，齐鲁石化公司产品；白炭黑：牌号Zeosil1165MP，法国罗地亚公司产品；硅烷偶联剂Si75：南京曙光化工集团有限公司产品；其它材料均为行业内通用产品。

表1 SSBR产品规格

1) 填充油和混炼所用的操作油均为荷兰shell公司生产的TDAE油。

1.2 仪器设备

XSM-500橡塑实验密炼机：上海科创橡塑机械设备有限公司；D160 mm×320 mm两辊开炼机：上海轻工机械技术研究所；25 t电热平板硫化机：上海橡胶机械厂； MDR2000型无转子硫化仪：美国阿尔法科技有限公司；RPA 2000型橡胶加工分析仪：美国阿尔法科技有限公司；BR1600型密炼机：美国Farrel法雷尔-金轮科技有限公司；橡胶应力应变试验机和毛细管流变仪：美国Dynisco仪器仪表有限公司；动态黏弹谱分析仪：德国GABO公司；Tensometer2000型拉力机：美国阿尔法科技有限公司。

1.3 实验配方

实验配方为：SSBR 96.25 g，BR9000 30 g，白炭黑(1165 MP) 80 g，操作油TDAE 11.25 g，炭黑N330 6.4 g，偶联剂Si75 6.4 g，氧化锌3.0 g，硬脂酸 2.0 g，防老剂6PPD 4020 1.5 g，石蜡1.0 g，促进剂N-环已基-2-苯骈噻唑次磺酰胺(CZ) 1.5 g，DPG 2.0 g，硫黄 2.1 g，二硫化四苄基秋兰姆(TBzTD) 0.2 g。

1.4 试样制备

橡胶胶料的混炼按GB/T 8656—1998《乳液和溶液聚合型苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)评价方法》中的方法B进行，初混用密炼机，终混用开炼机。

1.5 性能测试

1.5.1 流变特性

混炼胶流变特性采用毛细管流变仪测试。

1.5.2 动态力学性能

应变扫描：胶料的应变扫描曲线采用橡胶加工分析仪RAP2000测试。

温度扫描：硫化胶的温度变化扫描曲线采用动态黏弹谱仪DMA测试，试样样片规格为15 mm×8 mm×2 mm。实验条件：温度范围为-50～80 ℃，升温速率为2 ℃/min，频率为20 Hz，应变为(7±0.25)%。

2 结果与讨论

2.1 混炼胶性能

4个胶样的硫化特性如表2所示。

表2 4个胶样的硫化特性

从表2可以看出，SSBR3343S和SSBR2563S比T3830和VSL 4526具有较快的硫化速度，较好的焦烧安全期。

2.2 硫化胶性能

2.2.1 物理性能

4个胶样硫化后的物理性能及耐老化性能如表3所示。

表3 4个胶样硫化后物理性能

从表3中可知，经过端基改性的SSBR3343S和SSBR2563S的拉伸强度、回弹性、撕裂强度和耐磨耗性能均优于同类未经过端基改性的T3830和VSL4526。300%定伸应力与100%定伸应力的比值为判断填料相互作用的一个量度，该比值越高，聚合物与填料相互作用越强。从表3可知，SSBR3343S和SSBR2563S与填料的结合效果更好，也可看出，通过端基改性的胶料其硫化胶力学性能提高很明显。

2.2.2 动态力学性能

用动态黏弹谱仪进行温度扫描测试，4个胶样的硫化胶的损耗因子tanδ-温度曲线如图1所示，动态力学性能数据如表4所示。

温度/℃图1 硫化胶损耗因子tan δ-温度关系曲线

表4 硫化胶动态性能力学性能数据

从图1可知，SSBR3343S和SSBR2563S比T3830和VSL4526损耗因子的峰高增加，说明体系内滞后降低。从表4可知，SSBR3343S和SSBR2563S在0 ℃时，损耗因子tanδ比T3830和VSL4526大，说明SSBR3343S和SSBR2563S具有更好的抗湿滑和抓地性能。

4个胶样硫化胶(硫化条件为160 ℃×15 min)的储能模量(G′)-应变(ε)曲线如图2所示。

ε

ε图2 硫化胶的G′-ε曲线

由图2可知，随着ε的增大，硫化胶的G′呈非线性趋势减小，此现象被称为“Payne效应”，这主要与聚合物基体与填料的相互作用有关。研究Payne效应可分析炭黑填充胶料中形成的炭黑网络情况，从而得到炭黑填充胶黏弹性的应变依赖性[9-11]。从图2可以看出，SSBR3343S和SSBR2563S的ΔG′比VSL4526和T3830要小，即前两者的Payne效应更低。Payne效应低，说明填料和聚合物之间的相互作用力更强，填料的分散性更好，说明通过端基改性的SSBR与填料的结合效果更好，这与300%和100%定伸应力的比值的结果相一致。

3 结 论

与未经端基改性的VSL4526和T3830相比，SSBR3343S和SSBR2563S硫化时间短，焦烧时间较长，操作安全性能较好；提高了硫化胶的拉伸强度、回弹性、撕裂强度和耐磨耗性能；具有较少的体系内滞后损失，较优的抗湿滑性能。

参 考 文 献：

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[4] 何燕，张忠富．轮胎滚动阻力影响因素及测试方法[J]．轮胎工业，2004，24(4)：238-241.

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