防焦剂CTP对巯基硅烷Si747改性白炭黑胶料性能的影响

董兴旺，刘 超，刘 辉，王丹灵

（中策橡胶集团股份有限公司，浙江 杭州 310008）

轮胎是汽车不可缺少的部件，汽车生产企业的研发人员在挑选适配轮胎时，对轮胎的滚动阻力和能耗要求越来越高。为降低轮胎滚动阻力，轮胎配方工程师们采用了许多方法，如在胎面胶配方的开发过程中通过各种方式降低胶料的生热，例如使用白炭黑、改性溶聚丁苯橡胶（SSBR）、硅烷偶联剂、功能树脂以及其他助剂等来降低胶料的滞后损失，从而降低轮胎的滚动阻力[1-2]。

近年来，轮胎配方工程师们采用巯基硅烷Si747降低添加白炭黑的胎面胶的生热。但是由于巯基的化学活性高，巯基硅烷与白炭黑在硅烷化过程中，容易释放出硫并与橡胶的双键发生早期交联[3-4]。因此，保证巯基硅烷Si747与白炭黑的硅烷化反应，同时巯基硅烷Si747与橡胶之间不发生或减少发生早期交联成为轮胎配方工程师们的一个重要研究课题。

本工作主要研究防焦剂CTP对巯基硅烷Si747改性白炭黑胶料性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

SSBR1453和SSBR2466，台橡股份有限公司产品；炭黑N234，上海卡博特化工有限公司产品；白炭黑1165MP，索尔维精细化工添加剂（青岛）有限公司产品；巯基硅烷Si747，江苏麒祥化工有限公司产品；防焦剂CTP，山东阳谷华泰化工股份有限公司产品；硫黄，牌号S200-10S，无锡华盛橡胶新材料科技股份有限公司产品；促进剂CBS，山东尚舜化工有限公司产品；促进剂DPG，科迈化工股份有限公司产品。

1.2 配方

生产配方：SSBR1453 35，SSBR2466 65，炭黑N234 15，白炭黑1165MP 80，环保油V700 21，巯基硅烷Si747 8.5，硫黄 1.8，促进剂CBS 2，促进剂DPG 2.5，其他 22.5。

试验配方添加0.5份防焦剂CTP，配方其余组分和用量同生产配方。

1.3 主要设备和仪器

SK-160型开炼机，上海橡胶机械制造厂有限公司产品；1.5 L切线型密炼机，青岛测控科技有限公司产品；RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；GT-M2000型硫化机、GT-TS-2000-M型电子拉力机和GT-7012-D型DIN磨耗试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；VR-7120型动态力学性能分析（DMA）仪，日本上岛制作所产品。

1.4 试样制备

试验配方与生产配方胶料均采用3段混炼工艺，混炼设备采用1.5 L切线型密炼机，填充因数为0.65，转子转速为55 r·min-1。

一段混炼工艺：SSBR1453和SSBR2466→塑炼30 s→白炭黑1165MP、巯基硅烷Si747、防焦剂CTP等→压压砣至110 ℃→提压砣→清扫→压压砣至135 ℃→恒温200 s→排胶→在开炼机上出片→停放24 h。

二段混炼工艺：一段混炼胶→压压砣至125℃→提压砣→清扫→压压砣至130 ℃→恒温100 s→排胶→在开炼机上出片→停放24 h。

三段混炼工艺：二段混炼胶→硫黄、促进剂CBS和促进剂DPG→压压砣至105 ℃→提压砣→清扫→压压砣至105 ℃→排胶→在开炼机上出片→停放24 h，待用。

终炼胶在平板硫化机上硫化，试片厚度为2 mm，硫化条件为165 ℃×15 min。

1.5 性能测试

（1）Payne效应：采用橡胶加工分析仪测试硫化胶的储能模量（G′），应变范围为0.28%～42%，用表征白炭黑的分散程度，ΔG′越小，白炭黑分散越好[3]。

（2）动态力学性能：DMA测试条件为频率 20 Hz，预应变 7%，温度范围－40～80 ℃，动应变0.25%。

（3）其他性能均按相应的国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

混炼胶的硫化特性如表1所示。

从表1可以看出，与生产配方胶料相比，加入防焦剂CTP的试验配方胶料的门尼焦烧时间和t90延长，FL和Fmax略有减小，硫化速率降低。

表1 混炼胶的硫化特性

2.2 Payne效应

硫化胶的G′-应变（ε）关系曲线见图1。

测试结果显示，试验配方和生产配方胶料的ΔG′分别为615和674 MPa，表明试验配方胶料的Payne效应弱于生产配方胶料，白炭黑分散性更好。由此可知，在试验配方中加入防焦剂CTP，在混炼过程中能够延缓巯基硅烷Si747的巯基与橡胶发生早期交联，使得白炭黑与巯基硅烷Si747的硅烷化反应更彻底[5]。

2.3 物理性能

硫化胶的物理性能如表2所示。

从表2可以看出：老化前，试验配方胶料的硬度、拉伸强度、拉断伸长率与生产配方胶料相当，撕裂强度略有提升，耐磨性能较优；老化后，试验配方胶料的硬度与生产配方胶料相当，但拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度都高于生产配方胶料，耐磨性能依然较好。

表2 硫化胶的物理性能

2.4 动态力学性能

一般来说，硫化胶0 ℃的损耗因子（tanδ）越大，表示轮胎的湿地抓着性能越好，60 ℃的tanδ越小，表示轮胎的生热越低。

硫化胶的tanδ与温度的关系曲线如图2所示，动态力学性能如表3所示。

表3 硫化胶的动态力学性能

从图2和表3可以看出，试验配方硫化胶0和60℃的tanδ与生产配方硫化胶相差不大，说明二者的湿地抓着性能和生热性能相当。这表明在试验配方胶料混炼过程加入防焦剂CTP，对轮胎的湿地抓着性能和生热性能无明显不利影响。

3 结论

在巯基硅烷Si747与白炭黑硅烷化反应过程中，加入防焦剂CTP，能够延缓巯基与橡胶的早期交联，使白炭黑与巯基硅烷Si747的硅烷化反应更彻底，巯基硅烷与白炭黑分散均匀，降低胶料的Payne效应；能够改善老化前后胶料的物理性能和耐磨性能，对轮胎的湿地抓着性能和生热性能无不利影响。