張 立，張萬青，魏宣領(lǐng)，戴圣佳，劉振鋒*

（1．浙江巍翔科技集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310024；2．河南環(huán)燕輪胎股份有限公司，河南 ?？h 456250）

在現(xiàn)代橡膠配方設(shè)計(jì)中，為了滿足輪胎部件特殊的性能要求，通常采用增大補(bǔ)強(qiáng)劑或硫黃用量以及加入補(bǔ)強(qiáng)樹脂等措施來獲得硬度和定伸應(yīng)力較大的高模量膠料。在輪胎膠料中如果增大補(bǔ)強(qiáng)劑用量，膠料混煉時(shí)間延長(zhǎng)且生熱升高；如果增大硫黃用量，膠料極易出現(xiàn)噴霜；如果加入補(bǔ)強(qiáng)樹脂，膠料混煉時(shí)易發(fā)生粘輥，分散性較差[1-2]。因此要制得高模量且物理性能和加工性能良好的膠料實(shí)屬不易。

高效模量增強(qiáng)劑是一種以特種結(jié)構(gòu)預(yù)縮合絡(luò)合物和活性劑為主要成分的多功能助劑，在膠料硫化過程中發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，使膠料交聯(lián)密度提高，從而顯著提高膠料模量，改善膠料與骨架材料的粘合性能，降低膠料生熱。高效模量增強(qiáng)劑特別適用于制備高模量膠料，如子午線輪胎三角膠、鋼絲隔離膠、胎體膠等[3]。采用高效模量增強(qiáng)劑可以減小補(bǔ)強(qiáng)劑用量，提高輪胎的高速性能和耐久性能。

本工作研究高效模量增強(qiáng)劑在冬季子午線輪胎胎面膠和胎體膠中的應(yīng)用，探討高效模量增強(qiáng)劑對(duì)膠料性能的影響，為其以后的工業(yè)化應(yīng)用提供借鑒。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SVR5，越南產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石化北京燕山石化公司產(chǎn)品；充油丁苯橡膠（SBR），牌號(hào)1712，中國(guó)石化齊魯石化公司產(chǎn)品；炭黑N220，N330，N660，石家莊新興化碳公司產(chǎn)品；高效模量增強(qiáng)劑，杭州中德化學(xué)工業(yè)有限公司產(chǎn)品。

1.2 主要設(shè)備和儀器

XSM-1型密煉機(jī)，威福興機(jī)械（上海）有限公司產(chǎn)品；XK160 mm×320 mm型開煉機(jī)，廣東省湛江橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；45 t平板硫化機(jī)，新鄉(xiāng)市橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-7080-S2型門尼粘度測(cè)試儀、GT-M2000-A型無轉(zhuǎn)子密閉模硫化試驗(yàn)機(jī)和GT-A17000-S型伺服控制電腦系統(tǒng)拉力試驗(yàn)機(jī)，高鐵檢測(cè)儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品；阿克隆磨耗試驗(yàn)機(jī)和ST-CN型熱空氣老化箱，南通宏達(dá)試驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.3 配方

1.3.1 胎面膠

生產(chǎn)配方：NR/BR/SBR 35/40/25，炭黑N220/N330 60，防護(hù)體系 4.5，硫化體系2.55，油 9，其他 17，合計(jì) 193.05。

試驗(yàn)配方：除添加高效模量增強(qiáng)劑（變量）外，其他組分與用量同生產(chǎn)配方。

1.3.2 胎體膠

生產(chǎn)配方：NR/SBR/BR 70/20/10，炭黑N330/N660 42，防護(hù)體系 2.5，硫化體系3.2，油 9，其他 20，合計(jì) 176.7。試驗(yàn)配方：除添加3份高效模量增強(qiáng)劑外，其他組分及用量同生產(chǎn)配方。

1.4 試樣制備

膠料混煉分兩段進(jìn)行。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，密煉機(jī)初始溫度為50 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r·min-1，混煉工藝為：生膠→小料→炭黑→油→混煉均勻→排膠。二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃、促進(jìn)劑和高效模量增強(qiáng)劑→混煉均勻→薄通5次→下片。混煉膠停放16 h后返煉，再停放2 h后硫化。

1.5 性能測(cè)試

膠料性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

高效模量增強(qiáng)劑的理化性能見表1。從表1可以看出，高效模量增強(qiáng)劑的理化性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。根據(jù)高效模量增強(qiáng)劑特性和煉膠設(shè)備的工藝性能，高效模量增強(qiáng)劑一般在混煉后期與硫黃一起加入。

表1 高效模量增強(qiáng)劑的理化性能

2.2 高效模量增強(qiáng)劑對(duì)胎面膠性能的影響

高效模量增強(qiáng)劑對(duì)胎面膠性能的影響見表2。從表2可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，添加高效模量增強(qiáng)劑的試驗(yàn)配方膠料門尼粘度增大，門尼焦燒時(shí)間t5縮短，F(xiàn)max提高，說明高效模量增強(qiáng)劑參與了交聯(lián)反應(yīng)，對(duì)膠料的硫化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了強(qiáng)化補(bǔ)充作用，增大了膠料的交聯(lián)密度，有利于提高膠料的硬度和定伸應(yīng)力[1]；試驗(yàn)配方膠料的拉伸強(qiáng)度變化不大，撕裂強(qiáng)度和耐磨性能降低，這是由于撕裂強(qiáng)度和耐磨性能與膠料的交聯(lián)密度有關(guān)，隨著交聯(lián)密度增大，取向結(jié)晶和應(yīng)力局部集中加劇；試驗(yàn)配方膠料熱空氣老化后性能變化率較小，表明高效模量增強(qiáng)劑可以提高膠料的耐熱老化性能，這可能是由于高效模量增強(qiáng)劑參與交聯(lián)反應(yīng)后，膠料形成的穩(wěn)定交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)高溫老化后仍未發(fā)生大的變化，使膠料在熱老化后仍保持較好的物理性能。

表2 高效模量增強(qiáng)劑對(duì)胎面膠性能的影響

從表2還可以看出，隨著高效模量增強(qiáng)劑用量增大，膠料的門尼粘度增大，F(xiàn)max、硬度與300%定伸應(yīng)力提高，耐磨性能降低，說明高效模量增強(qiáng)劑參與了交聯(lián)反應(yīng)，形成了穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)與膠料網(wǎng)絡(luò)穿插滲透、相互作用，生成補(bǔ)充交聯(lián)鍵，從而起到增硬補(bǔ)強(qiáng)的作用[2]，但高效模量增強(qiáng)劑用量太大會(huì)影響膠料的耐磨性能。綜合來看，高效模量增強(qiáng)劑用量以4份左右為宜。

2.3 高效模量增強(qiáng)劑對(duì)胎體膠性能的影響

高效模量增強(qiáng)劑對(duì)胎體膠性能的影響見表3。從表3可以看出：與生產(chǎn)配方膠料相比，添加3份高效模量增強(qiáng)劑的試驗(yàn)配方膠料門尼粘度減小，門尼焦燒時(shí)間t5縮短，硫化速度加快，以上變化與胎面膠不同，表明高效模量增強(qiáng)劑能改善胎體膠的流動(dòng)性和加工性能；試驗(yàn)配方膠料的Fmax增大，硬度、300%定伸應(yīng)力和H抽出力明顯提高，耐熱老化性能較好，這也是高效模量增強(qiáng)劑在膠料硫化過程中形成的穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)并與硫化膠交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成互穿網(wǎng)絡(luò)的緣故[3]。在胎體膠中可以使用高效模量增強(qiáng)劑并減小補(bǔ)強(qiáng)劑用量，從而降低生熱。

表3 高效模量增強(qiáng)劑對(duì)胎體膠性能的影響

3 結(jié)論

（1）添加高效模量增強(qiáng)劑的胎面膠和胎體膠的硬度和300%定伸應(yīng)力均明顯提高，說明高效模量增強(qiáng)劑對(duì)這兩種膠料都具有良好的補(bǔ)強(qiáng)效果。

（2）添加高效模量增強(qiáng)劑的胎面膠和胎體膠的耐熱老化性能提高。

（3）隨著高效模量增強(qiáng)劑用量增大，胎面膠的門尼粘度增大、硬度和300%定伸應(yīng)力提高，耐磨性能降低，其用量以4份左右為宜。

（4）添加高效模量增強(qiáng)劑的胎體膠門尼粘度減小，粘合性能提高。

高效模量增強(qiáng)劑適用于NR、SBR、BR和三元乙丙橡膠等膠種，是胎面膠、胎體膠、胎圈膠等的理想模量增強(qiáng)劑，可在輪胎和橡膠制品行業(yè)中推廣應(yīng)用。高效模量增強(qiáng)劑呈粉體狀，在配料時(shí)有粉塵飛揚(yáng)，建議生產(chǎn)廠家對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行劑型改造，以便下游企業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)。