腰果壳油改性酚醛树脂在轿车子午线轮胎高硬度三角胶中的应用

汪 燕，徐 旗，于海洋，徐文龙，孙世悦，崔雪静

[浦林成山（山东）轮胎有限公司，山东 荣成 264300]

酚醛补强树脂是一种综合性能较好的补强增硬剂，与固化剂（亚甲基给予体）发生固化反应生成三维网状结构，可有效提高胶料的硬度、拉伸强度、撕裂强度、模量、耐磨和耐化学腐蚀等性能，广泛应用于轮胎胎面和胎圈[1-5]。为改善酚醛树脂在橡胶中的溶解性，常使用妥尔油或腰果壳油对酚醛树脂进行改性[6-7]。与妥尔油改性酚醛树脂相比，腰果壳油改性酚醛树脂具有更高的反应活性，可使胶料具有更高的硬度。

本工作研究不同牌号腰果壳油改性酚醛树脂在轿车子午线轮胎高硬度三角胶中的应用性能。

1 实验

1.1 主要原材料

腰果壳油改性酚醛树脂，A（游离酚质量分数小于0.05，片状）和B（游离酚质量分数小于0.01，薄片状或粒状），国外某公司产品；牌号2201（游离酚质量分数小于0.009，粒状）和2201H（游离酚质量分数小于0.01，粒状），国内某公司产品。

1.2 配方

基本配方：天然橡胶 100，炭黑 70，氧化锌5，硬脂酸 2.5，防老剂 1，增粘树脂 5，操作油 6，不溶性硫黄 2，促进剂 2.4，酚醛树脂A 10，六亚甲基四胺 1。

1#—3#试验配方分别使用酚醛树脂B，2201，2201H等量替代酚醛树脂A，其余组分与用量同基本配方。

1.3 主要设备和仪器

XK-160型开炼机，烟台橡胶机械股份有限公司产品；GK400型和GK270型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；V502H-18X型平板硫化机，美国WABASH MPI公司产品；MV2000型门尼粘度仪和MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；GT-AI7000M型拉力试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；VR-7130型动态热机械分析（DMA）仪，日本株式会社上岛制作所产品；ACQUITY APC型高温凝胶色谱（GPC）仪，美国Waters公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 小配合试验

胶料在开炼机上分两段进行混炼，一段混炼加料顺序为：生胶→氧化锌、硬脂酸、防老剂、增粘树脂、酚醛树脂、炭黑→操作油→下片，停放；二段混炼加料顺序为：一段混炼胶→不溶性硫黄、促进剂、六亚甲基四胺→下片，停放。

1.4.2 大配合试验

胶料在GK400型密炼机中分3段混炼，在GK270型密炼机中进行终炼。

一段混炼工艺如下：生胶、氧化锌、硬脂酸、防老剂、增粘树脂、酚醛树脂、炭黑（转子转速为40 r·min-1）→压压砣20 s→提压砣→加操作油（转子转速降至30 r·min-1）→压压砣20 s→提压砣→压压砣→165 ℃排胶。

二段混炼转子转速为30 r·min-1，混炼工艺如下：一段混炼胶→压压砣20 s→提压砣→压压砣20 s→提压砣→压压砣→165 ℃排胶。

三段混炼转子转速为35 r·min-1，混炼工艺如下：二段混炼胶→压压砣15 s→提压砣→压压砣15 s→提压砣→压压砣→165 ℃排胶。

终炼转子转速为20 r·min-1，混炼工艺如下：三段混炼胶、硫黄、促进剂和六亚甲基四胺→压压砣20 s→提压砣保持5 s→压压砣20 s→提压砣保持5 s→压压砣→100 ℃排胶。

混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为171℃×15 min。

1.5 性能测试

胶料各项性能均按照相应国家标准测试。

2 结果与讨论

2.1 理化分析

不同牌号酚醛树脂的理化分析结果见表1。

由表1可见：酚醛树脂A与2201的相对分子质量和软化点相近；酚醛树脂B和2201H的软化点较高，这与酚醛树脂B和2201H的相对分子质量较大有关。

表1 不同牌号酚醛树脂的理化分析结果

2.2 小配合试验

2.2.1 硫化特性

小配合试验胶料的硫化特性见表2。

表2 小配合试验胶料的硫化特性

从表2可以看出，4种酚醛树脂胶料的门尼粘度、门尼焦烧时间和硫化速度相当。

2.2.2 物理性能

小配合试验胶料的物理性能见表3。

表3 小配合试验胶料的物理性能

从表3可以看出，4种酚醛树脂胶料老化前后的各项物理性能差异不大，性能相当。

2.2.3 动态性能

小配合试验胶料的动态性能见表4，其中tanδ为损耗因子，E′为剪切模量。胶料的温度扫描曲线如图1所示。

从表4和图1可以看出：4种酚醛树脂胶料的生热均较低，分析与胶料硬度较大、变形较小有关；1#和2#试验配方胶料的生热与基本配方胶料相当，3#试验配方胶料的生热略高，但也满足使用要求。

图1 小配合试验胶料的温度扫描曲线

表4 小配合试验胶料的动态性能

2.3 大配合试验

2.3.1 硫化特性

选定1#和3#试验配方进行大配合试验，胶料的硫化特性见表5。

表5 大配合试验胶料的硫化特性

由表5可见，与1#试验配方胶料相比，3#试验配方胶料的门尼粘度较低，门尼焦烧时间延长1.5 min，说明酚醛树脂2201H的加工安全性更好。

2.3.2 物理性能

大配合试验胶料的物理性能见表6。

从表6可以看出，1#和3#试验配方胶料的各项物理性能相当，与小配合试验结果一致。

表6 大配合试验胶料的物理性能

2.3.3 动态性能

大配合试验胶料的动态性能见表7，温度扫描曲线如图2所示。

表7 大配合试验胶料的动态性能

图2 大配合试验胶料的温度扫描曲线

从表7和图2可以看出，1#和3#试验配方胶料的温度扫描曲线基本重合，生热性能相当。

3 结论

研究不同牌号腰果壳油改性酚醛树脂在轿车子午线轮胎高硬度三角胶中的应用，试验得到以下结论。

（1）国外A与国内2201牌号酚醛树脂的相对分子质量和软化点相近，国外B与国内2201H牌号酚醛树脂的相对分子质量和软化点相近；后两者的软化点较高，这与它们的相对分子质量较大有关。

（2）各牌号酚醛树脂胶料老化前后的物理性能及生热性能相当。

（3）酚醛树脂2201H胶料的加工安全性较好。