李彥果，魏 勝，徐慶飛，仇培超，邢 濤

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

寒冷地區(qū)由于冬季路面覆蓋較多冰雪，出于安全性的考慮，越來越多的車主選擇更換冬季輪胎，為汽車提供更短的制動(dòng)距離。歐洲部分國(guó)家法規(guī)強(qiáng)制要求車主在冬季必須更換冬季輪胎，以減少道路交通安全事故[1]。

液體丁二烯橡膠（LBR）是一種非常重要的橡膠材料，在軍品和民品領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用[2]，其具有較低的玻璃化溫度（Tg），分子主鏈為聚丁二烯，分子鏈兩端可進(jìn)行連接活性基團(tuán)如羥基、羧基、鹵基以及環(huán)氧化等改性處理。LBR在胎面膠中應(yīng)用能降低膠料的Tg，改善橡膠分子鏈在低溫下的粘彈性，為輪胎提供更優(yōu)異的冰雪地性能[3-4]。

低溫改善劑由低分子有機(jī)聚合物（成分包括液體丁二烯和生物油脂類）、白炭黑及活化成分組成，外觀呈粉末狀，制造成本相對(duì)較低[5-7]。本工作主要研究低溫改善劑LTS（以下簡(jiǎn)稱LTS）在半鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用，并與LBR進(jìn)行對(duì)比。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國(guó)產(chǎn)品；溶聚丁苯橡膠（SSBR），牌號(hào)F1038，充油5份，韓國(guó)LG化學(xué)公司產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號(hào)9000，中國(guó)石化齊魯石油化工股份有限公司產(chǎn)品；高分散性白炭黑，牌號(hào)ZC-165MP，福建省三明正元化工有限公司產(chǎn)品；偶聯(lián)劑Si75，江西宏柏新材料股份有限公司產(chǎn)品；LTS，安徽維德橡塑科技有限公司產(chǎn)品；LBR，牌號(hào)130，德國(guó)贏創(chuàng)德固賽公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方（質(zhì)量/份）：NR 25，SSBR 52.5，BR 25，高分散性白炭黑 90，炭黑N330 10，偶聯(lián)劑Si75 8，硬脂酸 2，氧化鋅 3，防老劑 3，防護(hù)蠟 2，LBR 5，硫黃/促進(jìn)劑 5。

試驗(yàn)配方用LTS替代LBR，其余組分及用量與生產(chǎn)配方相同。

1.3 主要設(shè)備和儀器

GK1.5N型密煉機(jī)，德國(guó)克虜伯公司產(chǎn)品；Ф200型開煉機(jī)和40 t微機(jī)控制平板硫化機(jī)，青島科高橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型硫化儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；DKD-K-16801型自動(dòng)硬度計(jì)，德國(guó)博銳儀器公司產(chǎn)品；CMT-4503型電子拉力試驗(yàn)機(jī)，深圳新三思材料檢測(cè)有限公司產(chǎn)品；DMA+1000型動(dòng)態(tài)粘彈譜分析儀，法國(guó)Metravib公司產(chǎn)品[8]。

1.4 混煉工藝

1.4.1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料

一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為80 r·min-1，混煉工藝為：生膠→壓壓砣30 s→提壓砣→白炭黑、偶聯(lián)劑Si75、炭黑、小料→壓壓砣→120 ℃提壓砣→壓壓砣→145 ℃提壓砣→壓壓砣→150℃保溫90 s→165 ℃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→促進(jìn)劑和硫黃→薄通→下片，停放4 h。

1.4.2 大配合試驗(yàn)?zāi)z料

大配合試驗(yàn)?zāi)z料使用串聯(lián)法嚙合式密煉機(jī)進(jìn)行混煉。上密煉機(jī)混煉工藝為：生膠→壓壓砣30 s→提壓砣→白炭黑和偶聯(lián)劑Si75→壓壓砣→小料→壓壓砣→150 ℃保溫40 s→165 ℃排膠。下密煉機(jī)混煉工藝為：一段混煉膠→145 ℃保溫110 s→排膠。開煉機(jī)混煉工藝為：二段混煉膠→混煉300 s→促進(jìn)劑和硫黃→混煉1 200 s→排膠。

1.5 性能測(cè)試

動(dòng)態(tài)力學(xué)性能按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/LLJ 03-JS433.1測(cè)試；耐低溫屈撓性能按照GB/T 13934—2006測(cè)試；冰雪地制動(dòng)性能按照ECE R117進(jìn)行測(cè)試；其他性能均按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 LTS和LBR的理化性能

LTS和LBR的理化性能如表1所示。

表1 LTS和LBR的理化性能Tab.1 Physicochemical properties of LTS and LBR

對(duì)LTS的灰分（550 ℃×2 h）進(jìn)行能譜和掃描電子顯微鏡分析，結(jié)果分別如表2和圖1所示。

圖1 LTS灰分的掃描電子顯微鏡照片F(xiàn)ig.1 Scanning electron microscopy photos of LTS ash

表2 LTS灰分的能譜分析結(jié)果Tab.2 Energy spectrum analysis results of LTS ash %

由表2和圖1可知，LTS灰分中O和Si元素較多，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為59.23%和33.48%，LTS的填充材料主要為SiO2。

2.2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料

2.2.1 硫化特性

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性如表3所示。

表3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性Tab.3 Vulcanization characteristics of compounds in laboratory experiment

從表3可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間相當(dāng)，F(xiàn)max增大，t10，t25和t90縮短，但在可接受范圍內(nèi)。

2.2.2 物理性能

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能如表4所示。

表4 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能Tab.4 Physical properties of compounds in laboratory experiment

從表4可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的硬度、定伸應(yīng)力和阿克隆磨耗指數(shù)相當(dāng)，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率略降低，這可能與LTS的填料有關(guān)[9]。從總體來看，試驗(yàn)配方膠料的物理性能與生產(chǎn)配方膠料相當(dāng)。

2.2.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的損耗因子（tanδ）-溫度曲線及彈性模量（E′）-溫度曲線分別如圖2和3所示。動(dòng)態(tài)力學(xué)性能參數(shù)如表5所示。

圖2 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的tan δ-溫度曲線Fig.2 tan δ-temperature curves of compounds in laboratory experiment

圖3 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的E′-溫度曲線Fig.3 E′-temperature curves of compounds in laboratory experiment

表5 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能參數(shù)Tab.5 Dynamic mechanical property parameters of compounds in laboratory experiment

從圖2和3以及表5可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的0，25和60 ℃時(shí)的tanδ以及低溫下的E′與生產(chǎn)配方膠料保持在相同水平。

2.3 大配合試驗(yàn)?zāi)z料

2.3.1 硫化特性

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性如表6所示。

表6 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性Tab.6 Vulcanization characteristics of compounds in factory experiment

從表6可以看出，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的門尼粘度略增大，門尼焦燒時(shí)間相當(dāng)，F(xiàn)max增大，t10，t25和t90縮短，但在可接受范圍內(nèi)，大配合試驗(yàn)與小配合試驗(yàn)結(jié)果保持一致。

2.3.2 物理性能

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能如表7所示。

表7 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的物理性能Tab.7 Physical properties of compounds in factory experiment

從表7可以看出，在大配合試驗(yàn)中，與生產(chǎn)配方膠料相比，試驗(yàn)配方膠料的硬度、定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率相當(dāng)，磨耗指數(shù)略大，這是由于LTS在改善膠料低溫性能的同時(shí)有一定補(bǔ)強(qiáng)作用[10-11]。

2.3.3 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能如圖4—5及表8所示。

圖4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的tan δ-溫度曲線Fig.4 tan δ-temperature curves of compounds in factory experiment

圖5 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的E′-溫度曲線Fig 5 E′-temperature curves of compounds in factory experiment

表8 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能參數(shù)Tab.8 Dynamic mechanical property parameters of compounds in factory experiment

由圖4—5及表8可以看出，與生產(chǎn)配方相比，試驗(yàn)配方膠料的抗?jié)窕阅芎蜐L動(dòng)阻力相當(dāng)，大配合試驗(yàn)與小配合試驗(yàn)結(jié)果一致。

2.3.4 耐低溫屈撓性能

對(duì)兩種配方膠料進(jìn)行低溫（－20 ℃）屈撓試驗(yàn)。低溫屈撓2×106次后試樣的外觀如圖6所示。

圖6 低溫屈撓試驗(yàn)后試樣外觀Fig.6 Appearances of samples after low temperature flex test

從圖6可以看出，屈撓2×106次后，試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方試樣兩側(cè)均出現(xiàn)微小裂紋，試驗(yàn)配方膠料的耐低溫屈撓性能與生產(chǎn)配方膠料在同一水平。

2.4 輪胎的冰雪地制動(dòng)性能

輪胎的冰雪地制動(dòng)性能如表9所示。

表9 輪胎的冰雪地制動(dòng)性能Tab.9 Brake performances of tires on ice and snow road

從表9可以看出，試驗(yàn)輪胎的冰地制動(dòng)指數(shù)比生產(chǎn)輪胎小1%，但雪地制動(dòng)指數(shù)大2%，這主要由于LTS對(duì)膠料模量有提升作用，有利于花紋溝中的積雪及時(shí)排出[12-13]，從而增強(qiáng)輪胎在雪地上的破雪膜能力，使雪地制動(dòng)性能提高[14]。

3 結(jié)論

（1）LTS為固體粉末，填料成分主要為SiO2，其相比于LBR更適用于輪胎生產(chǎn)。

（2）采用LTS的試驗(yàn)配方膠料的硫化特性、物理性能、抗?jié)窕阅堋L動(dòng)阻力和耐低溫屈撓性能與采用LBR的生產(chǎn)配方膠料基本相當(dāng)，試驗(yàn)輪胎與生產(chǎn)輪胎的冰雪地制動(dòng)性能相近，可以滿足使用要求。

（3）LTS成本比LBR低，用LTS替代LBR有利于降低胎面膠成本。