房師濤，呂 婧，趙 菲

(青島科技大學(xué) 橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266042)

標(biāo)簽法的實(shí)施對(duì)輪胎的滾動(dòng)阻力和抗?jié)窕蕴岢隽烁叩囊?，?yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的主要方法是在輪胎膠料中使用白炭黑，但白炭黑在橡膠中分散困難，硅烷偶聯(lián)劑及一些加工助劑的使用有助于提高白炭黑在橡膠中的分散[1-2]，從而改善硫化膠的性能。本文使用了一種新型的橡膠加工助劑，這種助劑是一種核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子，其硬質(zhì)的核芯由高度交聯(lián)的橡膠組成，起到類(lèi)似填料剛性粒子的作用，由核芯至殼層交聯(lián)程度梯度下降，表層含有大量的羥基。這種特殊的結(jié)構(gòu)使該加工助劑既與橡膠有良好的相容性，又與白炭黑表面的羥基有較好的親和作用，可以改善白炭黑在橡膠中的分散[3-9]。排膠溫度是影響白炭黑分散的重要因素。本文研究了排膠溫度對(duì)添加加工助劑的半鋼子午線(xiàn)輪胎胎面膠性能的影響，以期為提高白炭黑填充輪胎胎面膠的性能提供有益的參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

溶聚丁苯橡膠(SSBR) 2557A、順丁橡膠(BR)9000：中國(guó)石油獨(dú)山子石化公司；白炭黑1165MP：羅地亞(青島)公司；環(huán)保芳烴油VIVATEC500：德國(guó)漢盛集團(tuán)公司；加工助劑：朗盛化學(xué)公司；硅烷偶聯(lián)劑Si-69 (雙-三乙氧基硅烷基-丙基四硫化合物)：德國(guó)德固賽公司；防老劑4020(N-1,3-二甲基丁基-N′-異丙基對(duì)苯二胺)、防老劑RD(2,2,4-三甲基-1,2-二氫化喹啉聚合體)：中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司化工廠(chǎng)；其它配合劑均為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1) 試樣配方(質(zhì)量份)：SSBR 75；BR 25；1165MP 80；Si-69 6.4；氧化鋅2.5；硬脂酸1；防老劑4020 1；防老劑RD 1.0；加工助劑10；硫化助劑5.3。

(2) 工藝過(guò)程：采用上?？苿?chuàng)科技股份公司生產(chǎn)的密煉機(jī)混煉工藝制備混煉膠，工藝如表1所示。

采用美國(guó)ALPHA公司生產(chǎn)的無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀在160 ℃測(cè)定混煉膠的硫化特性，振蕩角±1°。

混煉膠在深圳佳鑫電子設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)的HS100T-RTMO-2RT型平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為160 ℃×t90。

表1 混煉工藝參數(shù)

1.3 性能測(cè)試

動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描采用美國(guó)ALPHA公司生產(chǎn)的RPA20000動(dòng)態(tài)掃描儀，測(cè)試條件：溫度60 ℃，頻率1 Hz；壓縮生熱采用高鐵科技股份有限公司生產(chǎn)的GT-RH-2000壓縮生熱實(shí)驗(yàn)機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；阿克隆磨耗在江蘇江都實(shí)驗(yàn)機(jī)械廠(chǎng)生產(chǎn)的MH-74實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用GB/T 1689—1998進(jìn)行測(cè)試；力學(xué)性能在德國(guó)Zwick公司生產(chǎn)的橡膠電子拉力試驗(yàn)機(jī)Z005上按GB/T528—1998進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 排膠溫度對(duì)白炭黑分散的影響

Payne效應(yīng)通常用來(lái)表征填料在橡膠中的分散，圖1為不同排膠溫度得到的硫化膠的動(dòng)態(tài)應(yīng)變掃描結(jié)果。

應(yīng)變/%(a)

應(yīng)變/%(b)

由圖1可以看出，添加加工助劑的混煉膠中，白炭黑的分散性均得到不同程度的改善。在大應(yīng)變(100%)處不同排膠溫度的硫化膠的模量G′沒(méi)有差別，說(shuō)明排膠溫度對(duì)硫化膠的交聯(lián)程度及分子鏈(如斷鏈)沒(méi)有產(chǎn)生影響。Payne效應(yīng)中低應(yīng)變處的模量能反映橡膠基體中填料的分散狀況。從圖1中可以看出，排膠溫度越高，膠料低應(yīng)變時(shí)的模量越低，即橡膠中因填料聚集而形成的填料網(wǎng)絡(luò)越弱。原因是混煉溫度越高，白炭黑、加工助劑表面的極性羥基與偶聯(lián)劑的硅烷化反應(yīng)作用越強(qiáng)，白炭黑在橡膠中的分散越好，形成的填料網(wǎng)絡(luò)越弱。由于動(dòng)態(tài)應(yīng)變下填料網(wǎng)絡(luò)的破壞和重建會(huì)耗散額外的能量，因此，與填料網(wǎng)絡(luò)的強(qiáng)弱相對(duì)應(yīng)，140 ℃排膠溫度下得到的硫化膠的動(dòng)態(tài)損耗因子較高，而155 ℃排膠溫度下得到的硫化膠的動(dòng)態(tài)損耗因子較低。

2.2 排膠溫度對(duì)混煉膠硫化特性的影響

不同排膠溫度得到的混煉膠的門(mén)尼粘度和硫化轉(zhuǎn)矩如表2所示。

表2 排膠溫度對(duì)混煉膠硫化特性的影響

由表2可知，由于排膠溫度升高，白炭黑的分散性變好，因此混煉膠的門(mén)尼粘度、硫化最低和最高轉(zhuǎn)矩均降低，混煉膠的加工流動(dòng)性變好。盡管混煉時(shí)的排膠溫度升高，但混煉膠的焦燒時(shí)間t10和正硫化時(shí)間t90無(wú)明顯變化，說(shuō)明提高混煉溫度不會(huì)對(duì)混煉膠的加工安全性和硫化效率產(chǎn)生不良影響。

2.3 排膠溫度對(duì)硫化膠物理機(jī)械性能的影響

表3為排膠溫度對(duì)硫化膠物理機(jī)械性能的影響。

表3 混煉溫度對(duì)硫化膠物理機(jī)械性能的影響

由表3可以看出，排膠溫度高時(shí)，硫化膠的硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度等性能均略有提高；對(duì)回彈性的影響不大。

2.4 排膠溫度對(duì)硫化膠壓縮生熱和阿克隆磨耗的影響

圖2是排膠溫度對(duì)硫化膠壓縮生熱和阿克隆磨耗的影響。

排膠溫度/℃(a) 排膠溫度對(duì)壓縮生熱的影響

排膠溫度/℃(b) 排膠溫度對(duì)阿克隆磨耗的影響

155 ℃的排膠溫度下膠料的壓縮生熱和阿克隆磨耗較低，這對(duì)于輪胎胎面膠來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。由于較高溫度下核殼結(jié)構(gòu)加工助劑的作用，使得白炭黑的分散性變好，硫化膠的耐磨性變好。同時(shí)白炭黑的分散變好，減弱了填料粒子間的相互摩擦，使得硫化膠的壓縮溫升較低。

3 結(jié) 論

(1) 加工助劑的使用使白炭黑在橡膠中的分散性得到提高，硫化膠的性能得到改善。

(2) 研究范圍內(nèi)的排膠溫度對(duì)混煉膠的硫化特性沒(méi)有明顯的影響。

(3) 在研究范圍內(nèi)，混煉時(shí)的排膠溫度越高，白炭黑的分散性越好。

(4) 在研究范圍內(nèi)，混煉時(shí)的排膠溫度越高，硫化膠的綜合物理機(jī)械性能越好，壓縮生熱、阿克隆磨耗越低。

參 考 文 獻(xiàn)：

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