溶聚丁苯胶差异性对轮胎配方性能的影响

陈健，邵长城，张宁，曹进忠，李海艳

(1.山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东 枣庄 277300；2.山东八亿轮胎制造有限公司，山东 薛城 277800)

溶聚丁苯橡胶最早由美国Phillips公司于1964年实现工业化，这一时期的溶聚丁苯橡胶产品被称为第一代溶聚丁苯橡胶。第一代溶聚丁苯橡胶分子链规整性好，产品在耐磨性、回弹性、生热与滞后损失方面均较乳聚丁苯橡胶优异，但加工性能与抗湿滑性能不佳，限制了其推广应用。

20世纪70年代后期，通过对产品乙烯基含量和苯乙烯单体序列分布的调整，结合分子链端改性技术的应用，产生了第二代溶聚丁苯橡胶。第二代溶聚丁苯橡胶兼顾了橡胶的滚动阻力和抗湿滑性，更好地满足轮胎节能和安全要求。

20世纪80年代，集成橡胶的概念被Nordsiek提出，通过分子设计，对溶聚丁苯橡胶分子链的结构进行优化，使橡胶材料相互矛盾的几个性能集中于同一个分子链中，最大限度地提高橡胶的综合性能。集成橡胶产品被称作第三代溶聚丁苯橡胶，其具备以下特点，一是在溶聚丁苯橡胶大分子链中引入异戊二烯链段，二是通过分子链结构调整制成含有渐变式序列结构的嵌段型溶聚丁苯橡胶。上述性能可更好的满足轮胎胎面胶对低温性、抗湿滑性及安全性的要求。

本工作主要研究“不同牌号的SSBR橡胶”在半钢子午线轮胎胎面配方中的应用，通过对其性能进行对比分析，体现不同牌号的SSBR橡胶性能的优劣。

总之，丰源轮胎制造股份有限公司“不同牌号的SSBR橡胶在胎面配方中”的研究工作，有利于针对性的提升差异化产品的性能，强化丰源轮胎的“独角兽”产品的市场竞争力和产品附加值，为丰源轮胎公司树立民族品牌的形象打下更坚实的基础。

1 试验部分

1.1 主要原材料

丁苯橡胶SBR,牌号1723，中国石化齐鲁股份有限公司橡胶厂产品；溶聚丁苯橡胶RC2557S，中国石油独山子石化公司；白炭黑1 115 MP,青岛罗地亚白炭黑有限公司；环保油，牌号V700，德国汉圣公司产品；微晶蜡，牌号Antilux111，莱茵化学（青岛）有限公司产品；硅烷偶联剂Si69，南京曙光化工；炭黑N234，江西黑猫炭黑股份有限公司；氧化锌ZnO，安丘恒山锌业；硬脂酸SAD，青岛旭谦进出口公司；硫磺S、促进剂CZ、促进剂DPG（D）、防老剂4020，山东尚舜化工有限公司；防焦剂CTP，山东阳谷华泰。

1.2 原始配方

基本配方（单位:份）:丁苯橡胶SBR1723（胶含量66.47%）36.32；溶聚丁苯橡胶RC2557S（胶含量73.56%）103.13；白炭黑1 115 MP 65；环保油V700 8；微晶蜡Antilux111 1.5；硅烷偶联剂Si69 9；硬脂酸SAD、防老剂4020 4；炭黑N234 20；氧化锌ZnO、硫磺S、促进剂CZ、促进剂DPG、防焦剂CTP 7.15。

1.3 试样制备设备及检测设备

双驱动开炼机，XK(S)-160，青岛科高橡塑机械技术装备公司；小密炼机，X（S）M-1.5X，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司；开放式炼胶机，XK-160，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司；车间密炼机，SSM低温一步法炼胶生产设备，大连橡塑机械公司、北京万向新元公司。门尼黏度仪，MV3000，德国Montech公司；拉伸强度，Zwick Z010拉力试验机，德国Zwick公司；抗撕裂强度，Zwick Z010拉力试验机，德国Zwick公司；邵氏A 硬度，GTGS-MB，高铁检测仪器（东莞）有限公司；电子天平，SYC-TP-023；平板硫化机XLB-600，青岛先锐机电有限公司。

1.4 胶料试样制备

小配合试验在密炼机进行母胶混炼，开炼机上进行终胶加硫。一段混炼顺序为：生胶→白炭黑→硬脂酸、防老剂等小料→排胶→开炼机下片；一段母炼胶料停放4 h后进行二段混炼，二段混炼顺序为：一段母炼→炭黑→ZnO→排胶→开炼机下片；二段母炼胶料停放4 h后进行开炼机加硫，三段开炼机混炼顺序为：二段母胶→硫黄、促进剂、防焦剂等小料→下片。

车间大料试验胶料的生产工艺为SSM低温一步法炼胶工艺，生胶料与小料在密炼机中初步混炼后，排放到双驱全自动开炼机上，压制成片后分流给4组全自动混炼开炼机，胶料在每组混炼开炼机上实现自动混炼，全过程为补充混炼、冷却、收取[4～5]。

1.5 性能测试

小配合试样胶料在青岛先锐机电有限公司生产的XLB-600型蒸汽平板硫化机上硫化后进行相关项目的检测。

快检性能 采用德国Montech公司生产的MV3000型门尼黏度试验机，按照GB/T1232.1—2016检测门尼黏度，温度100 ℃，预热1 min,测试4 min的门尼黏度记为ML(1+4)100 ℃；按照GB/T1233—2008检测焦烧性能，温度130 ℃。

物理机械性能 采用德国Zwick公司生产的Zwick Z010型拉力试验机，按照GB/T528—2009测试拉伸性能，按照GB/T528—2009测试撕裂性能；采用山东德瑞克仪器有限公司生产的MD-300型密度仪，按照GB/T533—2008测试密度；采用高铁检测仪器（东莞）有限公司生产的GT-505-CBD型 炭黑分散度仪，按照GB/T6030—2006测试炭黑分散等级；采用高铁检测仪器（东莞）有限公司生产的GT-GS-MB型 硬度计，按照GB/T531.1—2008测试 硬度（邵氏A）。

压缩永久变形 采用台湾高铁电子仪器有限公司生产的RH-2000型压缩生热试验机，按照GB/T52—2009测试。

硫化性能 采用美国阿尔法检测仪器有限公司生产的81001（MDR2000型无转子密闭模硫变仪，按照GB/T528—2009检测硫化特性。

磨耗性能 采用江都市精诚测试仪器有限公司生产的JC-1076型阿克隆磨耗试验机，按照GB/T1689—2014检测磨耗性能

动态力学性能 采用法国Metravib 公司生产的DMA+1000型动态力学分析仪测试样品的黏弹行为，进行DMA温度扫描，测试采用拉伸模式，静态预应力为20 N，动态型变为10～4 m，频率为10 Hz，升温速率为1 ℃/min,测试温度为 -40～80 ℃。

动态力学性能 采用美国阿尔法检测仪器有限公司生产的RPA2000型橡胶加工分析仪对胶料进行应变扫描（RPA for Strain test），测试温度为100 ℃、频率为10 Hz、形变扫描为1%～40%。

2 结果与讨论

2.1 试验方案

采用牌号RC2564SHP755RSL563RNS616等8种溶聚丁苯胶等胶量份数替代RC2557S，在R胎面配方中进行试验，新的试验配方命名为R-01～R-08,下述8种溶聚丁苯胶按其充油量进行等量调整，具体方案见表1所示。

表1 不同品牌SSBR在胎面胶配方中的应用方案

牌号RC2564SHP755RSL563RNS616等9种溶聚丁苯胶基本描述详见表2。

表2 不同品牌溶聚丁苯橡胶基本情况

2.2 试验胶料加工性能分析

从表3可以看出，使用RC2564S、SL563R、SL553R、NS616、SSBR2300胶料的门尼黏度稍低在 40～57范 围， 使 用 RC2557S、SSBR2353、SE-3231胶料的门尼黏度在72左右；使用SL563R和NS616胶料的门尼焦烧时间最长（＞25 min），使用SL553R、SSBR2300、SE-3231胶料的焦烧时间次之（23～24 min）；使用HP755R胶料的ML最高，使用SL563R和NS616胶料的ML最低，其他的胶料ML相当；使用SL553R、SSBR2300胶料的MH最高，使用RC2564S、NS616胶料的MH最低，其他的胶料ML相当。使用SSBR2353胶料的T90最短，硫化速度较快，使用HP755R胶料的T90最长，硫化速度较慢，其他的胶料的硫化速度相差不是太大。

表3 不同牌号SSBR对橡胶加工性能的影响

2.3 试验胶料物理性能分析

从表4硫化胶性能可以看出，使用NS616和SE-3231胶料的硬度偏低，其他胶料的硬度相差不大；使用HP755R胶料的定伸应力较大，其他的胶料的定伸应力相当；使用HP755R和SSBR2353胶料的拉伸强度较大，其他的胶料的拉伸强度相当；使用NS616、SE-3231胶料的断裂伸长率最低，其他的相差不大；使用SE-3231胶料的永久变形（8%）与其他胶料相差较大；使用SSBR2353胶料的回弹性较大；胶料的撕裂强度相当；使用RC2564S和NS616的阿克隆磨耗最小，说明胶料的耐磨性较好，使用SSBR2353和SSBR2300的阿克隆磨耗较大，说明胶料的耐磨性较差。

表4 不同牌号SSBR对橡胶物理性能的影响

2.4 试验胶料填料分散效果-Payne效果

将未硫化胶料在RPA中进行形变扫描，效果见下图1。

由图1可 以 看出，使 用NS616、SE-3231、SL563R、RC2564S的配方Payne效应相当且较低,即填料的分散效果较好。

图1 未硫化胶料的频率扫描

2.5 动态力学性能

从图2和表5可以看出，SE-3231的Tg点（玻璃化转变温度）最低，达到了-38.3 ℃，其次是SL553RTg=-37.5℃，SSBR2353和SSBR2300的Tg点也较低在-30 ℃以下，以上几种溶聚丁苯胶适用于低温胎面配方，其他方案的胶料的Tg点比较高在-10℃～-16℃ ；0℃时的 Tanδ，HP755R 的最高（0.425），SL553R的最低（0.124）；以上9种溶聚丁苯胶在60℃时的Tanδ相差基本不大。

表5 DMA温度扫描关键数据

图2 硫化胶DMA温度扫描曲线

3 结论

综上所述，就胎面胶料的主要性能门尼、硫化、磨耗、抗湿滑性能、滚顶阻力、Payne效应等来讲，使用非充油的溶聚丁苯胶（SL563R、SL553R、NS616、SSBR2300）的胶料的门尼较低（SE-3231除外）；使用SSBR2353胶料的T90最短，硫化速度较快，使用HP755R胶料的T90最长，硫化速度较慢，其他的胶料的硫化速度相差不是太大。使用RC2564S和NS616的阿克隆磨耗最小，说明胶料的耐磨性较好，使用SSBR2353和SSBR2300的阿克隆磨耗较大，说明胶料的耐磨性较差。使用SL553R、SSBR2300、SE-3231胶料的Tg点较低在-30 ℃以下，可以考虑使用这三种胶料进行低温轮胎的开发；使用HP755R胶料的抗湿滑性能最好。这9种胶料的滚动阻力相差不大。使用 NS616、SE-3231、SL563R、RC2564S的配方胶料的Payne效应相当且较低。

针对9种不同牌号溶聚丁苯胶的系统性的实验及分析，让我们对其使用性能及加工性能有了系统直观的了解，对合成胶为主的胎面配方的开发有很好的指导作用，后续的推广应用可提高轮胎的质量和性能，有利于打破欧盟轮胎标签法的限制。有利于提高丰源轮胎的产品附加值和市场竞争力，树立丰源轮胎公司的自主民族品牌。