高结合苯乙烯含量丁苯橡胶1586在矿用全钢载重子午线轮胎胎面胶中的应用

李培生，孙保泉，陈建军，薛彬彬

[1.山东华盛橡胶有限公司，山东 东营 257300；2.启润轮胎（德州）有限公司，山东 德州 253699]

随着全球采矿业新一轮崛起，作为矿山机械最大消耗品之一，矿用全钢载重子午线轮胎（以下简称矿用TBR）市场需求非常强劲[1-3]。由于矿山路况、温度、车辆负载等因素严重影响轮胎的寿命与使用状况，从而影响车辆的行驶安全与驾驶成本[4-6]，因此，矿用TBR需具有高耐磨性能、强载重能力、抗撕裂和长使用寿命的特点。

高结合苯乙烯含量丁苯橡胶（SBR）1586是中国石油兰州石化公司通过结构调整和性能提升开发的抗切割、抗刺扎矿用TBR专用乳聚SBR。与SBR1502相比，SBR1586制备的轮胎具有良好的耐磨和抗撕裂性能，使用寿命延长。

本工作研究SBR1586在矿用TBR胎面胶中的应用，并与SBR1502对比，为高性能矿用轮胎的研发提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

SBR1586，中国石油兰州石化公司合成橡胶厂产品；SBR1502，中国石化齐鲁石化分公司产品；天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；炭黑N115和N220，卡博特化工有限公司产品；白炭黑975MP，山东联科新材料股份有限公司产品；氧化锌，潍坊奥龙锌业有限公司产品；硬脂酸，南通凯塔有限公司产品；防老剂4020和RD，山东尚舜化工有限公司产品；环保塑解剂GE2258，莱茵化学（青岛）有限公司产品；抗撕裂剂CSR300，上海麒祥新材料科技有限公司产品。

1.2 配方

矿用TBR胎面胶配方如表1所示。1#和3#配方为采用SBR1502的生产配方，2#和4#配方为采用SBR1586的试验配方。

表1 矿用TBR胎面胶配方 份

1.3 主要设备和仪器

GK400型和GK255型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；MV2000型门尼粘度仪、MDR2000型无转子硫化仪、RPA2000橡胶加工分析（RPA）仪，美国阿尔法科技有限公司产品；XL-800×800×2型平板硫化机，青岛光越橡胶机械制造有限公司产品；GT-TCS-2000型电子拉力机、GT-RH-2000型压缩生热试验机和GT-7012-D型DIN磨耗试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；TD-6009型阿克隆磨耗试验机，江都市腾达试验仪器厂产品；TD-401A型热老化试验机，江都市腾达试验仪器厂产品；动态热机械分析（DMA）仪，法国Metravib公司产品；GT-7005-RO3型耐臭氧试验机，青岛高特威尔检测仪器有限公司产品；LC-20A型高效液相色谱仪，日本岛津公司产品。

1.4 试样制备

胶料分4段混炼，前3段混炼在GK400型密炼机中进行，终炼在GK255型密炼机中进行。各段混炼胶停放时间不少于4 h。

一段混炼工艺为：初始转子转速为50 r·min-1，生胶和小料→压压砣35 s→转子转速降为45 r·min-1→炭黑→压压砣40 s→提压砣→压压砣30 s→排胶。二段混炼工艺为：初始转子转速为40 r·min-1，一段混炼胶和白炭黑→压压砣→转子转速降为35 r·min-1→提压砣35 s→排胶。三段混炼工艺为：初始转子转速为45 r·min-1，二段混炼胶→压压砣30 s→提压砣→压压砣25 s→提压砣→压压砣25 s→排胶。终炼混炼工艺为：初始转子转速为30 r·min-1，三段混炼胶、硫黄和促进剂→压压砣35 s→提压砣→压压砣30 s→提压砣→压压砣35 s→排胶。

终炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为151℃×30 min，胶料停放12 h以上再进行性能测试。

1.5 性能测试

胶料的动态力学性能按照企业标准用RPA应变扫描（温度为60 ℃，频率为10 Hz）测试。

胶料其他性能测试均按照相应国家标准或行业标准进行。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

SBR1586的理化性能如表2所示。

表2 SBR1586的理化性能

从表2可以看出，SBR1586的理化性能符合企业标准要求，其结合苯乙烯质量分数明显大于SBR1502（23.5%），与NR的相容性更好。

2.2 硫化特性

混炼胶的硫化特性及炭黑分散等级见表3。

表3 混炼胶的硫化特性及炭黑分散等级

从表3可以看出，与1#和3#配方胶料分别相比，2#和4#配方胶料的门尼粘度降低、门尼焦烧时间基本相当或延长，硫化特性无明显差异，炭黑分散等级提高。这表明与SBR1502相比，SBR1586的加工性能和加工安全性更好，与炭黑之间的结合胶更多，炭黑在混炼胶中的分散性更好。

2.3 物理性能

硫化胶的物理性能如表4所示。

表4 硫化胶的物理性能

从表4可以看出，与1#和3#配方胶料分别相比，2#和4#配方胶料的撕裂强度和回弹值提高，压缩疲劳温升和压缩永久变形降低，耐磨性能、耐热老化性能和耐臭氧老化性能提高。

2.4 滞后损失

一般而言，0 ℃时的损耗因子（tanδ）表征胶料的抗湿滑性能，数值越大，抗湿滑性能越好；20℃时的tanδ表征胶料的干地抓着性能，数值越大，干地抓着性能越好；60 ℃时的tanδ表征胶料的滚动阻力，数值越小，滚动阻力越低。

用DMA仪测试的矿用TBR胎面胶硫化胶的tanδ-温度曲线如图1所示。

图1 硫化胶的tanδ-温度曲线

从图1可知，与1#和3#配方胶料分别相比，2#和4#配方胶料0，20和60 ℃时的tanδ明显较大。可以看出，与SBR1502胶料相比，SBR1586胶料的抗湿滑性能和干地抓着性能明显提高，滚动阻力略大，但可接受。

2.5 动态力学性能

用RPA仪对硫化胶进行应变扫描，分别测试tanδ、弹性模量（G′）和粘性模量（G″）与应变的关系，结果见图2。

图2 硫化胶的RPA应变扫描曲线

由图2可知，2#和4#配方胶料的tanδ，G′和G″均分别高于1#和3#配方胶料，说明采用SBR1586的硫化胶弹性应变能的转变更加困难，有利于提高胶料的抗切割和抗刺扎性能。分析认为，SBR1586的结合苯乙烯质量分数大，其苯环分子内单键不易旋转，胶料刚性提高，键难以断裂，有利于提高抗切割性能。

3 结论

（1）SBR1586的结合苯乙烯质量分数明显大于SBR1502，与NR的相容性更好。

（2）在矿用TBR胎面胶中用SBR1586等量替代SBR1502，混炼胶的门尼粘度降低，焦烧时间相当或延长，硫化特性无明显差异，炭黑分散等级提高，加工性能和加工安全性改善，硫化胶的回弹值、撕裂强度、耐磨、抗切割、抗刺扎、耐热老化和耐臭氧老化性能提高，压缩疲劳温升降低，抗湿滑性能和干地抓着性能提高，滚动阻力略大，但在可接受范围内。