陳名行，蔡尚脈，李花婷，陳瑞軍，趙天琪，趙 靜

（北京橡膠工業(yè)研究設(shè)計(jì)院，北京 100143）

近年來(lái)，各國(guó)輪胎標(biāo)簽法規(guī)陸續(xù)實(shí)施，綠色、安全輪胎成為輪胎發(fā)展方向，通過(guò)降低輪胎滾動(dòng)阻力和提高抗?jié)窕阅芤赃_(dá)到減少車(chē)輛燃油消耗和安全行駛的目的是輪胎工業(yè)重要的研究課題。溶聚丁苯橡膠（SSBR）因具有較低的滾動(dòng)阻力和較好的抗?jié)窕阅?，成為輪胎胎面膠的主要膠種。引入極性基團(tuán)的端基改性SSBR增強(qiáng)了橡膠與填料之間的相互作用，降低了白炭黑等填料在膠料中聚集的Panye效應(yīng)，減少了橡膠分子鏈末端，從而達(dá)到減小硫化膠滯后損失、降低輪胎滾動(dòng)阻力的目的。盡管如此，硅烷偶聯(lián)劑仍是SSBR白炭黑膠料不可或缺的重要組分。因此，對(duì)于采用白炭黑作主要補(bǔ)強(qiáng)劑的端基改性SSBR/順丁橡膠（BR）并用膠，研究硅烷化反應(yīng)對(duì)其性能的影響極為必要。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

端基改性SSBR，牌號(hào)2466，臺(tái)橡股份有限公司產(chǎn)品；BR，牌號(hào)0150L，臺(tái)橡宇部（南通）化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品；白炭黑，牌號(hào)HD165MP，確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

SSBR2466 75，BR0150L 25，炭黑N339 5，白炭黑1165MP 75，氧化鋅 2.5，硬脂酸 2.5，偶聯(lián)劑Si69 7.6，防老劑 4，軟化劑/增塑劑28.5，硫化劑/促進(jìn)劑 4.5，其他 6.6。

1.3 主要儀器與設(shè)備

M200E型門(mén)尼粘度計(jì)和C2000E無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；橡膠應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；DMTA-Ⅳ型粘彈譜儀，美國(guó)Rheometric Scientific公司產(chǎn)品；RSS-Ⅱ型橡膠滾動(dòng)阻力試驗(yàn)機(jī)，北京萬(wàn)匯一方科技發(fā)展有限公司產(chǎn)品；RPA2000橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料混煉采用A和B兩種工藝，對(duì)應(yīng)的膠料分別為A和B膠料。為保證混煉均勻，兩種工藝均采用3段混煉。兩種工藝的一段混煉均在1.57 L法雷爾密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉室初始溫度為80 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，依次加入生膠、小料、炭黑和白炭黑混煉均勻，A工藝直接排膠（無(wú)硅烷化反應(yīng)時(shí)間），B工藝硅烷化反應(yīng)4 min后排膠，排膠溫度均為145～155 ℃。兩種工藝的一段混煉膠停放4 h后均在密煉機(jī)中進(jìn)行二段混煉。兩種工藝三段混煉均在XK-160型開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，在二段混煉膠中加入硫化劑和促進(jìn)劑后薄通下片。

試樣硫化在平板硫化機(jī)上進(jìn)行，硫化條件為150 ℃×35 min。

1.5 性能測(cè)試

（1）粘彈性能：采用DMTA-Ⅳ型粘彈譜儀測(cè)試，試驗(yàn)溫度為-60～+100 ℃，升溫速率為2℃·min-1，頻率為10 Hz，應(yīng)變?yōu)?.2%。

（2）混煉膠加工性能及硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能：采用RPA2000橡膠加工分析儀測(cè)試 。

（3）滾動(dòng)阻力性能：采用RSS-Ⅱ型橡膠滾動(dòng)阻力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試，試驗(yàn)負(fù)荷為15 kg，轉(zhuǎn)速為400 r·min-1。

（4）其他性能均按相應(yīng)國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 混煉膠性能

混煉膠的門(mén)尼粘度和硫化特性如表1所示。從表1可以看出，與A混煉膠相比，B混煉膠的門(mén)尼粘度、FL和Fmax略小，門(mén)尼焦燒時(shí)間和t90縮短。這表明，硅烷化反應(yīng)能提高混煉膠流動(dòng)性，有利于改善加工性能；混煉時(shí)間延長(zhǎng)，偶聯(lián)劑分解后與橡膠發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致混煉膠的門(mén)尼焦燒時(shí)間有所縮短，硫化速度明顯加快。

表1 混煉膠的門(mén)尼粘度和硫化特性

混煉膠在RPA2000橡膠加工分析儀中的頻率掃描曲線如圖1所示（溫度為100 ℃，應(yīng)變?yōu)?%）。從圖1可以看出，與A混煉膠相比，B混煉膠的彈性模量（G′）略低，這與門(mén)尼粘度試驗(yàn)結(jié)果吻合。這表明，硅烷化反應(yīng)能改善偶聯(lián)劑Si69對(duì)白炭黑的改性效果。

圖1 混煉膠的G′-頻率掃描曲線

2.2 硫化膠性能

2.2.1 物理性能

硫化膠的物理性能如表2所示。從表2可以看出，與A混煉膠相比，B混煉膠的硬度降低，定伸應(yīng)力增大，拉伸強(qiáng)度基本不變，拉斷伸長(zhǎng)率及壓縮永久變形減小，彈性提高，壓縮生熱降低。壓縮生熱降低的主要原因是硅烷化反應(yīng)使更多的橡膠分子鏈自由端基通過(guò)偶聯(lián)劑與白炭黑表面極性基團(tuán)相結(jié)合，這樣減少了橡膠分子鏈端的摩擦，從而使硫化膠的動(dòng)態(tài)生熱降低。

表2 硫化膠的物理性能

2.2.2 粘彈性能和滾動(dòng)阻力

硫化膠的滾動(dòng)阻力和動(dòng)態(tài)粘彈性能如表3和圖2所示。從表3和圖2可以看出：與A硫化膠相比，B硫化膠的滾動(dòng)損失減小，滾動(dòng)溫升略低；表征滾動(dòng)阻力的60 ℃時(shí)的損耗因子（tanδ）略小，表征抗?jié)窕阅艿? ℃時(shí)的tanδ值略大，這表明硅烷化反應(yīng)有助于降低硫化膠的滯后損失，降低動(dòng)態(tài)生熱；B硫化膠具有較低的滾動(dòng)阻力和較好的抗?jié)窕阅堋?/p>

圖2 硫化膠的tanδ-溫度曲線

表3 硫化膠的滾動(dòng)損失及動(dòng)態(tài)粘彈性能參數(shù)

2.2.3 應(yīng)變掃描性能

硫化膠在RPA2000橡膠加工分析儀中的應(yīng)變掃描結(jié)果如圖3～6所示。從圖3和4可以看出：A和B硫化膠的G′均隨應(yīng)變?cè)龃蠖档?，即A和B硫化膠存在明顯的Panye效應(yīng)；發(fā)生硅烷化反應(yīng)的B硫化膠的G′較低。

圖3 硫化膠的G′-應(yīng)變曲線（60 °C，10 Hz）

圖4 硫化膠的G′-應(yīng)變曲線（100 °C，10 Hz）

從圖5和6可以看出，與A硫化膠相比，B硫化膠60和100 ℃時(shí)的tanδ均較小，這與粘彈性能試驗(yàn)結(jié)果吻合。

圖5 硫化膠的tanδ-應(yīng)變曲線（60 °C，10 Hz）

圖6 硫化膠的tanδ-應(yīng)變曲線（100 °C，10 Hz）

3 結(jié)論

白炭黑作主要補(bǔ)強(qiáng)劑的端基改性SSBR/BR并用膠硅烷化反應(yīng)試驗(yàn)表明：與未進(jìn)行硅烷化反應(yīng)的膠料相比，進(jìn)行硅烷化反應(yīng)的混煉膠門(mén)尼粘度降低，流動(dòng)性改善，焦燒時(shí)間縮短，硫化速度加快；進(jìn)行硅烷化反應(yīng)的硫化膠定伸應(yīng)力和回彈值增大，壓縮永久變形減小，生熱和滾動(dòng)阻力降低，抗?jié)窕阅芴岣摺９柰榛磻?yīng)對(duì)提高端基改性SSBR/BR并用膠性能，特別是動(dòng)態(tài)力學(xué)性能有利。