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 有機合成廠) 編譯

含低PAH油的橡膠的動態(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，尤其是膠料的動態(tài)力學(xué)性能。比較了15種以上牌號、來自世界各地的油品。

多環(huán)芳香烴(PAH);SBR;填充油;操作油;動態(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)，在含量超過一定水平的條件下長時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2005/69/EC，由歐盟生產(chǎn)或進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態(tài)力學(xué)性能。當(dāng)然，也研究了硫化過程。

1 實驗

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

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

使用DX04T儀表(RMI，捷克共和國)在正弦變化為1、2、5、10、20 Hz并且溫度在 －70 ℃～80℃之間測定了硫化膠的動態(tài)力學(xué)性能。在tan δ為最大值時估計玻璃化轉(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(低值表明滾動阻力低)如圖1和圖2所示，這可以作為輪胎行業(yè)的一個實例。在溫度接近Tg時，損耗因子較大，此時可以觀察到使用各不同牌號油品的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℃)、動態(tài)黏度(40℃和100℃)、平均相對分子質(zhì)量和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(由DSC測得)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DSC測得)和標(biāo)準膠(145℃)的硫化過程。就硫化膠的性能而言，研究了標(biāo)準硫化膠拉伸測試的“靜態(tài)”數(shù)據(jù)和DMA的“動態(tài)”數(shù)據(jù)。驗證了2 000多個數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，大多數(shù)的相關(guān)性非常小(無關(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(見圖3)、硫化膠(－10℃、20 Hz)的彈性(E*)復(fù)合動態(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DMA(動態(tài)機械分析儀)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(見圖4)。上面提到的溫度接近Tg時對低溫性能的影響，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RPA2000流變儀檢測含有各種操作油的輪胎膠料(由捷克Mitas公司制備)的動態(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 輪胎測試

在拖拉機輪胎以及含有低PAH油的工業(yè)輪胎(裝載機、挖掘機、建筑機械和運土機械)的徑向和對角線的轉(zhuǎn)筒實驗中，我們能看到的結(jié)果是:不同種類的油品對于輪胎性能的測試結(jié)果沒有大的區(qū)別。

3 結(jié) 論［1］

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

文中評價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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