杜 娟， 王孝平， 曹玉梅， 董 穎

(1.吉林石化公司研究院;2.吉林石化公司銷售管理部;3.吉林石化公司 有機(jī)合成廠) 編譯

含低PAH油的橡膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

杜 娟1， 王孝平2， 曹玉梅3， 董 穎1

(1.吉林石化公司研究院;2.吉林石化公司銷售管理部;3.吉林石化公司 有機(jī)合成廠) 編譯

多環(huán)芳香烴(PAH)含量是輪胎工業(yè)用油的敏感話題。研究了新的低PAH含量油在未硫化SBR膠料中的應(yīng)用情況，尤其是膠料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。比較了15種以上牌號(hào)、來(lái)自世界各地的油品。

多環(huán)芳香烴(PAH);SBR;填充油;操作油;動(dòng)態(tài)力學(xué)性能;輪胎;環(huán)保

0 前言

在輪胎工業(yè)中作為添加劑使用的高芳烴油中含有多環(huán)芳香烴(PAH)，在含量超過(guò)一定水平的條件下長(zhǎng)時(shí)間接觸其中的一些油類有致癌的可能性。

根據(jù)始于2010年的EU指示號(hào)2005/69/EC，由歐盟生產(chǎn)或進(jìn)口的含有低含量多環(huán)芳烴(PAH)油的新輪胎被劃分為非致癌類。低PAH水平被定義為IP346提取物小于3%。

各種石油基礦物質(zhì)油能夠滿足低PAH的要求，然而，它們的性能不同于高芳烴油。因此，人們研究了未硫化橡膠和膠料的性能、硫化過(guò)程和使用“新”油的硫化膠的性能，以及在輪胎的應(yīng)用中主要考慮的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。

文中研究了含填充油的未硫化SBR，將油作為填充劑或操作助劑的輪胎橡膠膠料和硫化膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。當(dāng)然，也研究了硫化過(guò)程。

1 實(shí)驗(yàn)

將使用DAE油(高含量多環(huán)芳烴油)對(duì)于橡膠性能的影響與使用低PAH類型的多環(huán)芳烴油對(duì)橡膠性能的影響進(jìn)行了對(duì)比。檢測(cè)了由Paramo(捷克)、H＆R Group(德國(guó))、殼牌(荷蘭)、Total(法國(guó))、Lotos Oil(波蘭)、Nynas AB(瑞典)、?？松梨?美國(guó))、Werba OHG(澳大利亞)等公司生產(chǎn)(或分銷)的15種以上牌號(hào)的油品。研究了這些油品作為填充油對(duì)SBR(由Synthos生產(chǎn)的Kralex牌號(hào))和作為操作油對(duì)NR、SBR、BR輪胎配方的影響。

使用RPA2000W流變儀測(cè)定了膠料的黏彈特性、100℃下硫化膠的動(dòng)態(tài)剪切模量、貯存和損失組分、損耗因子tan δ和研究了150℃下的硫化過(guò)程(美國(guó)Alpha技術(shù))。

使用DX04T儀表(RMI，捷克共和國(guó))在正弦變化為1、2、5、10、20 Hz并且溫度在 －70 ℃～80℃之間測(cè)定了硫化膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。在tan δ為最大值時(shí)估計(jì)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。

2 結(jié)果與討論

2.1 充油SBR

觀察了添加炭黑和操作油的SBR硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的區(qū)別。定伸應(yīng)力和損耗因子(tan δ)的區(qū)別較小。低溫下的損耗因子(高值表明濕路面抓著力高)和溫升(低值表明滾動(dòng)阻力低)如圖1和圖2所示，這可以作為輪胎行業(yè)的一個(gè)實(shí)例。在溫度接近Tg時(shí)，損耗因子較大，此時(shí)可以觀察到使用各不同牌號(hào)油品的tan δ的區(qū)別較大。幾種油的Tg的結(jié)果如表1所示。這也證實(shí)了填充MES(大豆油脂肪酸甲酯)油的SBR的Tg較低。

文中還研究了橡膠的特性與油品特性之間的關(guān)系，既考慮了油的密度(15℃)、動(dòng)態(tài)黏度(40℃和100℃)、平均相對(duì)分子質(zhì)量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(由DSC測(cè)得)諸因素。也考慮了橡膠的一些其他性能，如門尼黏度和門尼松弛(100℃)、原料橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(通過(guò)DSC測(cè)得)和標(biāo)準(zhǔn)膠(145℃)的硫化過(guò)程。就硫化膠的性能而言，研究了標(biāo)準(zhǔn)硫化膠拉伸測(cè)試的“靜態(tài)”數(shù)據(jù)和DMA的“動(dòng)態(tài)”數(shù)據(jù)。驗(yàn)證了2 000多個(gè)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，大多數(shù)的相關(guān)性非常小(無(wú)關(guān)聯(lián))。

橡膠的特性與油品密度之間的關(guān)系是相關(guān)性較好的例子:隨著油品密度的增加(在15℃下)，以下參數(shù)也增大:油的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)、原料生膠和硫化膠的Tg(見(jiàn)圖3)、硫化膠(－10℃、20 Hz)的彈性(E*)復(fù)合動(dòng)態(tài)拉伸模量、硫化膠(在60℃和70℃，1 Hz下)的損耗因子(tan δ)。

圖1 在不同溫度和1 Hz條件下充油SBR硫化膠的損耗因子tan δ

圖2 在不同溫度、1 Hz條件下充油SBR硫化膠的損耗因子tan δ

表1 通過(guò)DMA(動(dòng)態(tài)機(jī)械分析儀)確定的SBR硫化膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度

圖3 充油SBR的Tg(由DSC測(cè)得)與填充油密度之間的關(guān)系

由DSC確定的橡膠的Tg和油的Tg之間的相關(guān)性極好(見(jiàn)圖4)。上面提到的溫度接近Tg時(shí)對(duì)低溫性能的影響，同－10℃下的損耗因子與橡膠Tg的相關(guān)性一樣，極為顯著。

圖4 充油SBR的Tg與填充油Tg的關(guān)系

圖5 在－10℃、1 Hz條件下充油SBR硫化膠的損耗因子tan δ與硫化膠Tg的關(guān)系

2.2 輪胎膠料

通過(guò)RPA2000流變儀檢測(cè)含有各種操作油的輪胎膠料(由捷克Mitas公司制備)的動(dòng)態(tài)流變性能。結(jié)果表明，除了使用的油品不同之外，在相同配方下不同膠料的性能上的區(qū)別很小(如圖6所示)。

圖6 輪胎外胎(硫化膠)的動(dòng)態(tài)扭矩 S＇(1 Hz、RPA2000)與應(yīng)變振輻之間的關(guān)系

2.3 輪胎測(cè)試

在拖拉機(jī)輪胎以及含有低PAH油的工業(yè)輪胎(裝載機(jī)、挖掘機(jī)、建筑機(jī)械和運(yùn)土機(jī)械)的徑向和對(duì)角線的轉(zhuǎn)筒實(shí)驗(yàn)中，我們能看到的結(jié)果是:不同種類的油品對(duì)于輪胎性能的測(cè)試結(jié)果沒(méi)有大的區(qū)別。

3 結(jié) 論［1］

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)高芳烴油DAE型被低PAH含量的DAE、TDAE、MES、RAE、TRAE 和環(huán)烷油所替代時(shí)，對(duì)充油SBR和填充操作油的膠料的黏彈性能影響不大。對(duì)實(shí)驗(yàn)室制備的標(biāo)準(zhǔn)硫化膠和輪胎橡膠的動(dòng)態(tài)性能的影響也很小。據(jù)此可以判斷，用低PAH油來(lái)代替DAE型是可行的。

文中評(píng)價(jià)了橡膠性能和油品性能之間的關(guān)系，即橡膠性能與油品密度或Tg具有極好的線性關(guān)系。

［1］Kuta A，Hrdliˇcka Z，Voldánová J，et al.Dynamic mechanical properties of rubbers with standard oils and oils with low content of polycyclic aromatic hydrocarbons［J］. Kautschuk Gummi Kunststoff，2010，63(4):120-122.

TQ 330.1

B

1671-8232(2011)11-0001-03

［責(zé)任編輯:朱 胤］

2010-06-30

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