抗湿滑性树脂用量对胎面橡胶性能的影响

范世玉，李益万，张　屹，张立民, 刘洪凯

(青岛耐克森轮胎有限公司研究所，山东　青岛　266603)



抗湿滑性树脂用量对胎面橡胶性能的影响

范世玉，李益万，张屹，张立民, 刘洪凯

(青岛耐克森轮胎有限公司研究所，山东青岛266603)

研究了不同抗湿滑性树脂用量对白炭黑胶料特性的影响，探讨了不同树脂用量及种类对胶料物性及动态性能的影响。试验结果表明，在白炭黑橡胶中使用不同量抗湿滑性树脂，橡胶物理特性随之变化，随用量的增加表现出模量和硬度降低的趋势， 同时研究发现加入不同用量树脂对橡胶动态力学性能也有很大影响，表现在抗湿滑特性提高明显，滚动阻力特性影响较小，同时比较两个不同厂家抗湿滑性树脂特性。

抗湿滑性树脂；抗湿滑性；滚动阻力

随着欧洲标签等级的实施，使用白炭黑补强的胎面胶料能够提高轮胎的抗湿滑性，降低轮胎的滚动阻力已成为共识，故白炭黑被普遍运用于半钢轮胎的胎面橡胶中[1]，要提高轮胎的抗湿滑性能，必然会使轮胎的滞后损失增加，这是因为在轮胎上将橡胶的变形能转换成制动力消耗掉使非常有效的，但是滞后损失增加会致使滚动阻力增加，所以要想同时改善滚动阻力和抗湿滑性是非常难的，这就是轮胎中的“魔术三角”。

抗湿滑性树脂主要用在白炭黑填充胶料中，白炭黑与抗湿滑性树脂的极性官能团可以产生相互作用，提高白炭黑的分散性，在保证物理性能基本不变的情况下，明显提高抗湿滑性，并可以提高胶料的耐磨性，同时不会对轮胎滚动阻力产生不利影响。优异的抗湿滑性树脂需满足的条件：化学反应性，合适的软化点，合适的Tg，与橡胶基体具有较好的相容性。

抗湿滑性树脂是一种具有较高Tg(相对橡胶)的树脂，对与其具有一定相容性的橡胶材料的粘弹性产生影响，抗湿滑树脂主要用在以白炭黑填充为主的轮胎胎面胶中，可以显著的提高胎面胶的抗湿滑性，改善耐磨性，并不会对滚动阻力产生消极影响[2]。

1　实　验

1.1主要原材料

溶解丁苯橡胶，日本某公司；高分散性白炭黑，国内某化学有限公司生产；硅烷偶联剂，国内某公司；Resin，德国某公司/国内某化学公司生产。

1.2配方

表1　配方

1.3方法

用X(S)M1.7(0-110)密炼机制备配合胶料。将溶聚丁苯橡胶在密炼机密炼2 min, 加入小料(ZnO，SA，等)，混炼3 min，加入白炭黑和硅烷偶联剂，混炼3 min，下片后再在密炼机中加入硫磺和促进剂制得终炼胶，最后在开炼机上薄通打三角包10次，排气下片，最后制得混炼胶。

1.4分析与测试

使用DAEKYUNG公司的DRM-100流变仪确定正硫化时间。用DAEKYUNG公司的DUT-07-1-10电子拉力机测试拉伸性能，动态性能测试在DMTS上测试。测试条件：应变扫描温度为100，频率1 Hz，应变测试范围为0.28%～100%。

2　结果与讨论

2.1流变仪及物性分析

表2可以看出，从T1到T4的试验结果表明：随着树脂#1用量的增加，焦烧时间和硫化时间变长的趋势，物理特性表现出模量降低，扯断伸长率变大，加入相同用量的树脂#1和树脂#2对比差异性很小，因此，该橡胶中随着加入树脂量的增加，橡胶硬度，模量都有减小的趋势，同时硫化速率会降低。T4试验结果表明：在加入大量树脂后，最大扭矩随之降低，物理机械性能会受很大影响。T3和T5试验结果表明，在配方中加入等量的不同厂家抗湿滑性树脂后，物理特性没有较大变化，硫化速率方面也是相近的。

表2　乘用车胎胎面胶的物理性能

2.2动态性能分析

机械-动态性能，测定乘用车胎胎面胶的动态性能。轮胎的抗湿滑性和滚动阻力性能可由tanσ和温度的关系曲线(参考图1)测量这两个温度范围曲线下的面积来进行估算[3]。

图1　由tanσ和温度关系曲线计算抗湿滑性能和滚动阻力的温度范围

如图1所示，轮胎每转一圈，就会承受一次变形，这种变形产生的能量差，即滞后损失(与tanδ相关)是以热能形式被消耗掉得，并转变成滚动阻力。另一方面，对于抗湿滑性，胎面橡胶承受 着由路面不平产生的细微的变形，从而产生滞后损失，并转换成摩擦力。即使在同样的滞后损失条件下，也可认为滚动阻力相当于10～100 Hz时的能耗，抗湿滑性相当于104～106Hz时的能耗。采用粘弹性物质常用的WLF公式，将这种振动频率换算成温度时，则在10 Hz的振动频率下，滚动阻力相当于50～60 ℃时的温度，湿滑性与0 ℃左右相当[4]。

表3　胎面胶的动态力学性能测试结果

如表3所示，随树脂用量的增加，动态力学曲线向高温区移动，橡胶Tg逐渐升高， 0 ℃和60 ℃tanδ同时出现增大的现象，抗湿滑性均得到提高，滚动阻力性能损耗相对较小。树脂#1和#2特性比较，在改善抗湿滑性能相近，但是树脂#2 对滚动阻力影响较大。试验表明随抗湿滑性树脂用量的增加，由T2变到T3时，抗湿滑性能提高12.7%，但是滚动阻力性能仅仅降低0.6%，由T3变更到T4时，抗湿滑特性提高8.5%， 但是橡胶物理特性变化较大， 因此T3是比较合适的配方，因此表明该抗湿滑性树脂能够明显提高抗湿滑性能，但是对滚动阻力性能不利影响很小。T3和T5相比在加入等量不同厂家的抗湿滑性树脂时，抗湿滑性能改善效果相近，但是T5对滚动阻力的不利影响超过T3 3.5%。

3　结　论

(1)在原配方直接加入抗湿滑性树脂后，随树脂用量的增胎面胶硫化速率变慢，焦烧时间变长，同时橡胶物理机械特性表明300%定伸应力和硬度均有所降低，这与树脂受热熔融后，在橡胶中増塑特性相关[5]。同时，试验中的两种不同树脂在同一配方中实验结果表明，物理机械性能相近，其他特性没有较大变化。

(2)动态性能测试结果表明：随树脂用量的增加都会提高橡胶抗湿滑性，滚动阻力特性损失很小，并且随树脂量的增加抗湿滑性得到改善会更大但是滚动阻力性能影响很小。树脂#2在改善抗湿滑性能和树脂#1相近，但是对滚动阻力不利影响较大。

[1]陈忠茂，罗吉良.低滚动阻力轮胎的设计和开发探讨[J].中国橡胶,2012(14):38-40.

[2]黄汉生(译). 白炭黑填充轮胎用硅烷偶联剂[J]. 化工新型材料，1998,26(9)：31-32.

[3]姜其斌，贾德民，宁凯军. 炭黑和白炭黑与偶联剂Si69的相互作用[J]. 合成橡胶工业，2003,26(6):362-364.

[4]Varghese S, Karger-Kocsis J. Melt-Compound Natural Rubber Nanocomposites with Pristine and Organophilic Layered Silicate of Natural and Synthetic Origin[J].J Appl Polym Sci,2004,91:813-819

[5]赵冬梅.逐步升级的欧盟轮胎技术法规[J].轮胎工业，2011(7):387-393.

Influence of Wet Resistance Resin on Properties of Silica Compound

FANShi-yu,LEEIck-man,ZHANGYi,ZHANGLi-min,LIUHong-kai

(Qingdao NEXEN Tire Technical Center, Shandong Qingdao 266603, China)

The application of resin in silica compound was studied. The influence of resin amount on the physical and dynamic property of silica compound was discussed. The test results stated the physical property and dynamic property changed obviously by using different amount and kinds of resin in silica compound.

wet resistance resin; wet traction; rolling resistance

范世玉(1985-)，男，青岛科技大学学士毕业，主要从事轮胎配方研究及工程管理。

A

1001-9677(2016)05-0119-02