钕系顺丁橡胶在绿色轮胎胎面胶中的应用

高冬兰，魏静勋

（江苏通用科技股份有限公司，江苏 无锡 214199）

欧盟轮胎标签法规对轮胎燃油效率、抗湿滑性能和噪声进行了强制性规定。胎面产生的滚动阻力约占轮胎滚动阻力的49%，降低胎面滚动阻力并提高其耐磨性能是高性能绿色轮胎设计的重要任务。据研究，轮胎滚动阻力降低10%，汽车燃油消耗量减小0.1 L·（100 km）-1，二氧化碳排放量减小0.2 g·km-1[1-2]。

钕系顺丁橡胶（NdBR）是以稀土金属钕为主体催化体系的高顺式-1，4-结构的聚丁二烯橡胶。NdBR具有顺式-1，4-结构含量高、相对分子质量大、拉伸结晶快、加工性能好、硫化速度快、强伸性能和弹性好、生热低等特点，能减小轮胎滞后损失，降低滚动阻力和生热，提高耐磨性能[3-4]。

本工作研究NdBR在绿色轮胎胎面胶中的应用，探讨NdBR对胎面胶性能的影响，为绿色轮胎原材料的选用提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SCR5，云南农垦集团有限责任公司产品。NdBR，牌号Buna CB22；溶聚丁苯橡胶（SSBR），牌号SL PBR 4089，充油量为15份，德国朗盛集团公司产品。炭黑BL201，山东贝斯特化工有限公司产品。白炭黑，牌号Newsil 175FFG，确成硅化学股份有限公司产品。

1.2 试验配方

试验配方如表1所示。

表1 试验配方 份

1.3 主要设备与仪器

KD-1-5型密炼机，利拿机械工业股份有限公司产品；XSK-150型开炼机，庄河橡胶机械有限公司产品；XLB-Q型平板硫化机，浙江湖州东方机械有限公司产品；MV2000型门尼粘度计、MDR2000型硫化仪和RPA2000橡胶加工分析仪（RPA），美国阿尔法科技有限公司产品；AI-2000M型拉力试验机，高铁检测仪器有限公司产品；401A型热空气老化箱，江都市新真威试验机械有限责任公司产品；EPLEXOR 500N型橡胶动态力学分析仪（DMA），德国Gabo公司产品。

1.4 混炼工艺

胶料混炼分两段进行。一段混炼在密炼机中进行，密炼室初始温度为100 ℃，转子转速为60 r·min-1。混炼工艺为：生胶→小料→炭黑、白炭黑和偶联剂→提压砣→清扫→压压砣→提压砣→排胶[温度为（150±5） ℃]。

二段混炼在开炼机上进行。混炼工艺为：一段混炼胶→辊距调至4 mm→包辊→硫黄、促进剂和防焦剂→左右各割刀3次→打三角包6次→辊距调至2 mm→下片。

1.5 性能测试

（1）DMA温度扫描。温度为-80～+100 ℃，动态应变为0.5%，静态应变为5%，升温速率为2℃·min-1，频率为10 Hz。

（2）RPA应变扫描。应变为0.5%～8%，温度为60 ℃，频率为1 Hz。

（3）胶料其他性能均按相应国家标准测试。

2 结果与讨论

2.1 生胶理化性能

NdBR生胶理化性能如表2所示。

表2 NdBR生胶理化性能

从表2可以看出，NdBR生胶理化性能符合企业标准要求。

2.2 胶料物理性能

胶料的硫化特性和物理性能如表3所示。

从表3可以看出，与未采用NdBR的1#配方和3#配方胶料分别相比，采用NdBR的2#配方和4#配方胶料的门尼粘度较大，门尼焦烧时间较短，硫化转矩较大，硫化速度相当，硬度和定伸应力较高，拉伸强度和拉断伸长率略低，撕裂强度相当，耐磨性能和耐热老化性能较好。

表3 胶料的硫化特性和物理性能

2.3 胶料动态力学性能

2.3.1 DMA分析

胶料的DMA温度扫描结果如图1（E′为弹性模量）和表4所示。

一般用60℃时的损耗因子（tanδ）表示胶料的滚动阻力，胶料60 ℃时的tanδ越小，滚动阻力越低。从图1和表4可以看出：与1#配方和3#配方胶料分别相比，2#配方和4#配方胶料的60 ℃时tanδ较小，滚动阻力较低，E′也较低；其中，4#配方胶料较3#配方胶料60 ℃时的tanδ降幅很小，滚动阻力略低。

图1 胶料的DMA温度扫描曲线

表4 DMA对胶料的温度扫描数据

2.3.2 RPA分析

胶料的RPA应变扫描曲线（温度为60 ℃）如图2所示。

一般用应变为4%时的tanδ分析胎面胶的性能。从图2可以看出：与1#配方胶料相比，2#配方胶料的60 ℃时的tanδ（应变为4%）较小，滚动阻力较低；与3#配方胶料相比，4#配方胶料60 ℃时tanδ（应变为4%）相近，滚动阻力接近。这与DMA分析结果相似。

图2 胶料的RPA应变扫描曲线

2.3.3 生热

胶料60 ℃时的tanδ与回弹值相关性如图3所示。

图3 胶料 60 °C时的tanδ与回弹值相关性

一般来说，胶料60 ℃时的tanδ与回弹值呈线性关系；胶料的回弹值越大，生热越低。从图3可以看出：与RPA分析相比，DMA分析的胶料60 ℃时的tanδ与回弹值的线性相关性较好；与1#配方和3#配方胶料分别相比，2#配方和4#配方胶料的回弹值较大，生热较低。

3 结论

与未采用NdBR的胎面胶相比，采用20份NdBR的胎面胶的门尼粘度较大，门尼焦烧时间较短，加工性能和加工安全性能较差，可以通过调整配方体系改善；强伸性能相当或略差，耐磨性能和耐热老化性能较好；滚动阻力降低或相当，生热降低。总的来看，NdBR有利于提高胎面耐磨性能，并降低滚动阻力和生热，可以作为绿色轮胎用原材料。