邵光譜，丁乃秀，劉 莉，劉光燁，李榮勛，孫立水，李 偉

（青島科技大學(xué) 高性能聚合物研究院，山東 青島 266042）

隨著高速公路的不斷發(fā)展，提高汽車行駛速度、降低汽車能耗已成為汽車工業(yè)的發(fā)展目標。降低輪胎滾動阻力和改善干濕路面牽引性能尤為重要，新型合成橡膠的開發(fā)和應(yīng)用對高性能輪胎的發(fā)展具有重要意義[1]。

丁戊橡膠（BIR）是丁二烯與異戊二烯的共聚產(chǎn)物，是我國尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的合成橡膠。BIR不僅具有優(yōu)異的耐低溫性能、耐疲勞性能和抗撕裂性能，還具有良好的動態(tài)力學(xué)性能、耐磨性能和抗?jié)窕阅躘2]。本工作對中國石油石油化工研究院開發(fā)的BIR進行硫化特性、加工性能和物理性能的研究，并探討其在胎面膠中的應(yīng)用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR WF，海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團股份有限公司產(chǎn)品；BIR，牌號8020，中國石油石油化工研究院中試產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化齊魯石油化工公司產(chǎn)品；溶聚丁苯橡膠（SSBR），牌號2564S，中國石油獨山子石化公司產(chǎn)品；炭黑N220，美國卡博特有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗配方

生膠 100，炭黑N220 28，白炭黑 25，氧化鋅 3.5，硬脂酸 2，微晶蠟 1，短纖維 3，硅烷偶聯(lián)劑 8，防老劑RD 1.5，防老劑4020 2，硫黃 1.6，促進劑CZ 1.8，抗硫化返原劑 0.5，防焦劑CTP 0.15。

1.3 主要設(shè)備和儀器

BL-6175BL型開煉機，寶輪精密檢測儀器有限公司產(chǎn)品；GT-M2000A型無轉(zhuǎn)子硫化儀、GT-7080S2型門尼粘度計和GT-TCS-2000型萬能拉力機，高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；MZ-4060型DIN磨耗機，江都明珠試驗機械有限公司產(chǎn)品；EKT-2002GF型壓縮發(fā)熱試驗機和EKT-2102DF型彎曲疲勞試驗機，曄中科技有限公司產(chǎn)品；SDTA 861e型動態(tài)熱機械分析儀，瑞士梅特勒-托利多公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

初混煉在密煉機中進行，初始溫度為70 ℃，轉(zhuǎn)速為60 r·min-1。先用NR洗車，排出洗車膠后加入生膠混煉1 min，然后加入小料和白炭黑混煉4 min，最后加入炭黑和偶聯(lián)劑混煉2 min，待溫度升至120 ℃時排膠。

將混煉膠投入開煉機，加入促進劑和硫黃，混煉均勻并薄通數(shù)遍，下片，冷卻停放；采用平板硫化機進行硫化，硫化條件為150 ℃/15 MPa×（t90＋2 min）。

1.5 性能測試

（1）動態(tài)力學(xué)性能。測試條件為：頻率 10 Hz，最大振幅 10 μm，最大動態(tài)負荷 5 N，溫度范圍 －60～＋80 ℃；升溫速率 3 ℃·min-1。

（2）膠料其他性能均按相應(yīng)國家標準測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 BIR與BR加工應(yīng)用性能對比

2.1.1 硫化特性

BIR和BR的硫化特性如表1所示。

表1 BIR和BR的硫化特性

從表1可以看出：BR的t90明顯長于BIR，說明BR的加工效率低，能耗大；BIR的t10較長，即加工安全性好；BIR的Fmax和Fmax－FL較小，即交聯(lián)密度較小，這可能是因為BIR與填料之間的物理或化學(xué)作用較弱。

2.1.2 門尼粘度和門尼松弛

BIR和BR的門尼粘度和門尼松弛見表2。

表2 BIR和BR的門尼粘度和門尼松弛

從表2可以看出，與BIR相比，BR的門尼粘度較大，這可能與BR的相對分子質(zhì)量較大有關(guān)。門尼松弛試驗參數(shù)可以反映橡膠加工性能優(yōu)劣，截距小、斜率絕對值大和應(yīng)力松弛面積小，則加工性能好，而應(yīng)力松弛面積優(yōu)于上述單一參數(shù)，可更好地衡量膠料的加工性能[3]。由此可知，BIR的加工性能優(yōu)于BR。

2.1.3 物理性能

BIR與BR硫化膠的物理性能如表3所示。

從表3可以看出：BR硫化膠的300%定伸應(yīng)力和拉伸強度大于BIR硫化膠，這可能是因為BR相對分子質(zhì)量大，分子間相互作用強；BIR硫化膠的拉斷伸長率大于BR硫化膠，具有較優(yōu)的回彈性；BIR硫化膠的撕裂強度明顯大于BR硫化膠，且BIR與BR硫化膠在輥筒磨耗體積與壓縮永久變形相差不大的情況下，BIR硫化膠的耐屈撓龜裂性能較好，壓縮溫升較低，這可能是因為BIR在動態(tài)壓縮力場下，橡膠-炭黑相互作用較強，減少了分子鏈與填料之間的內(nèi)摩擦，即生熱較少，因此BIR硫化膠的耐疲勞性能較好。

表3 BIR與BR硫化膠的物理性能

2.2 BIR與BR在胎面膠中的應(yīng)用對比

目前，用于輪胎胎面膠的主體材料主要采用NR/BR或NR/SBR/BR并用體系。本工作將進行NR/SBR/BIR與NR/SBR/BR并用體系對比試驗，探討B(tài)IR和BR在胎面膠中加工應(yīng)用性能的差異。試驗中，NR/SBR/BIR并用比為50/20/30，NR/SBR/BR并用比為50/20/30。

2.2.1 硫化特性

NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的硫化特性如表4所示。

表4 NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的硫化特性

從表4可以看出：與NR/SBR/BR并用膠相比，NR/SBR/BIR并用膠的t90略短，即硫化速率較大；t10相差不大，即加工安全性差別不大；Fmax－FL值較小，即交聯(lián)密度較小。

2.2.2 門尼粘度和門尼松弛

NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的門尼粘度和門尼松弛見表5。

表5 NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的門尼粘度和門尼松弛

從表5可以看出，NR/SBR/BR并用膠的門尼粘度較大，NR/SBR/BIR并用膠具有較好的加工性能。

2.2.3 物理性能

NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的物理性能如表6所示。

表6 NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的物理性能

從表6可以看出：與NR/SBR/BR并用膠相比，NR/SBR/BIR并用膠的拉伸強度和拉斷伸長率較小，這可能是因為BIR與NR和SBR的相容性較差；硬度和輥筒磨耗體積相差不大，撕裂強度較大，耐屈撓龜裂性能較好，壓縮溫升低。因此，BIR更適合在胎面膠中應(yīng)用。

2.2.4 動態(tài)力學(xué)性能

通常情況下，60 ℃時的損耗因子（tanδ）值可以表征橡膠滾動阻力的大小，0 ℃時的tanδ值可以表征橡膠的抗?jié)窕阅躘4-7]。

NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的tanδ-溫度曲線如圖1所示。

圖1 NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的tanδ-溫度曲線

從圖1可以看出：NR/SBR/BIR和NR/SBR/BR并用膠的損耗峰值所對應(yīng)的溫度幾乎相等，而NR/SBR/BIR并用膠的損耗峰值較小，這可能是因為NR/SBR/BIR并用膠中橡膠-填料相互作用強，分子有序度被破壞程度小；與NR/SBR/BR并用膠相比，NR/SBR/BIR并用膠0 ℃時的tanδ值較大，60 ℃時的tanδ值基本相等，即NR/SBR/BIR的滾動阻力與NR/SBR/BR并用膠相當，而抗?jié)窕阅茌^好，這可能是因為BIR中含有少量異戊二烯鏈節(jié)，適當降低了BR鏈段的高度規(guī)整性。

3 結(jié)論

（1）與BR相比，BIR的硫化速率大，門尼粘度低，加工性能好；BIR硫化膠的撕裂強度大，壓縮溫升低，耐疲勞性能好。

（2）與NR/SBR/BR并用膠相比，NR/SBR/BIR并用膠的硫化速率大，門尼粘度低，加工性能好，耐疲勞性能和抗?jié)窕阅軆?yōu)異，滾動阻力相當。

（3）BIR應(yīng)用于輪胎胎面膠中是可行的，且比BR更適合。