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α-甲基苯乙烯樹(shù)脂與不同SSBR的相容性及對(duì)性能的影響*

2021-02-14 05:38李怡慈
彈性體 2021年6期
關(guān)鍵詞:鏈段乙烯基苯乙烯

李怡慈,李 海,趙 菲**

(1.青島科技大學(xué) 橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266042;2.江蘇麒祥新材料科技有限公司,江蘇 淮安 223010)

歐盟新輪胎標(biāo)簽法[1-2]于2012年開(kāi)始實(shí)施,法規(guī)規(guī)定在歐盟銷(xiāo)售的轎車(chē)胎、輕卡胎、卡車(chē)胎及公共汽車(chē)輪胎必須加貼標(biāo)簽,要求標(biāo)示出輪胎的燃油效率、滾動(dòng)噪聲和濕抓著力的等級(jí)。即對(duì)汽車(chē)輪胎的使用性能如抗?jié)窕浴⒛湍バ院蜐L動(dòng)阻力的要求越來(lái)越高。因此綠色輪胎[3-4]全球化趨勢(shì)將成為主流,即對(duì)輪胎制造使用的原材料的要求也越來(lái)越高。在輪胎配方中,芳烴油是最主要的增塑劑,但REACH法規(guī)[5]限制了多環(huán)芳烴(PAH)含量高的芳烴油的使用。經(jīng)過(guò)蒸餾、萃取處理得到的環(huán)保芳烴油(TDAE)得到了推廣應(yīng)用,但這種加工油降低了硫化膠的動(dòng)態(tài)性能。因此許多人[6-10]開(kāi)始致力于芳烴油的替代研究,其中的功能性樹(shù)脂是一個(gè)有效的替代物[11-14]。

本文研究α-甲基苯乙烯樹(shù)脂SYLVARES SA85與不同結(jié)構(gòu)溶聚丁苯橡膠的相容性及其對(duì)硫化膠性能的影響,以期為該樹(shù)脂在高性能輪胎配方中的應(yīng)用提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

溶聚丁苯橡膠(SSBR2466):臺(tái)灣臺(tái)橡集團(tuán);溶聚丁苯橡膠(HP355、SL553):日本合成橡膠(JSR)貿(mào)易有限公司;α-甲基苯乙烯樹(shù)脂SYLVARES SA85:美國(guó)亞利桑那公司;白炭黑:1165MP,羅地亞青島公司;硅烷偶聯(lián)劑(Si-69):Evonik公司;(VIVATEC 500):寧波漢圣化工有限公司;氧化鋅、硬脂酸、防老劑4020、RD、微晶蠟、硫磺,促進(jìn)劑等均為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品。

1.2 儀器及設(shè)備

XSM-500型密煉機(jī):上??苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備科技有限公司;X(S)K-160型雙輥開(kāi)煉機(jī):上海橡塑機(jī)械有限公司;MDR2000型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀:美國(guó)ALPHA公司;XLB型平板硫化機(jī):青島亞?wèn)|橡機(jī)有限公司;Z005型萬(wàn)能電子拉力機(jī):德國(guó)ZWICK公司;GT-7012-D型DIN磨耗試驗(yàn)機(jī):臺(tái)灣高鐵檢測(cè)公司;LX-A型邵爾硬度計(jì):江蘇明珠有限公司;GT-7042-RE型沖擊回彈儀:臺(tái)灣高鐵公司;EPLEXOR-DMTS動(dòng)態(tài)力學(xué)頻譜儀:德國(guó)GABO公司;DSC204F1型差示掃描量熱儀:德國(guó)耐馳公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)配方

樹(shù)脂對(duì)性能影響的對(duì)比配方見(jiàn)表1。

表1 樹(shù)脂對(duì)性能影響的對(duì)比配方

1.4 試樣制備

(1)丁苯橡膠與樹(shù)脂的二元共混工藝(橡膠/樹(shù)脂的質(zhì)量比為70/30):密煉機(jī)填充系數(shù)為0.7,初始溫度為100 ℃,轉(zhuǎn)速為60r/min。密煉開(kāi)始時(shí)加入SSBR和SA85,混煉4min轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)后排膠(排膠溫度大約為120 ℃)。

(2)實(shí)驗(yàn)配方混煉工藝:密煉機(jī)填充系數(shù)為0.7,初始溫度為80 ℃,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為70 r/min。先加入SSBR塑煉,1 min后加入SA85樹(shù)脂,2 min后加入1/2的白炭黑和Si-69、ZnO等小料,190 s后加入另外1/2的白炭黑、Si-69、芳烴油V500。密煉5min時(shí)清掃密煉機(jī),6 min時(shí)調(diào)整轉(zhuǎn)速為60 r/min,9 min后待轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)排膠。

開(kāi)煉機(jī)上加硫化劑:輥距為1.2 mm,轉(zhuǎn)速為18 r/min,放入密煉膠料包輥,輥筒上方留適當(dāng)積存膠,左右各3次3/4割刀,然后將輥距調(diào)節(jié)為0.3 mm,打三角包薄通5次,最后將輥距調(diào)節(jié)到1.8 mm排氣下片。

將混煉膠料在平板硫化機(jī)上加熱加壓制備硫化試樣。硫化溫度為160 ℃,硫化時(shí)間由無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)得,硫化后的試樣停放24 h后進(jìn)行性能測(cè)試。

1.5 性能測(cè)試

玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)采用DSC進(jìn)行測(cè)試,氮?dú)猸h(huán)境,升溫速率為10 K/min;硫化特性下采用無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀按照GB/T 16584—1996進(jìn)行測(cè)試;拉伸和撕裂性能分別按照GB/T 528—2009和GB/T 529—2008進(jìn)行測(cè)試,拉伸速率為500 mm/min;硬度、回彈性分別按照GB/T 531—2008和GB/T1681—2009進(jìn)行測(cè)試;門(mén)尼黏度:按照GB/T1232.1—2000,在120 ℃下進(jìn)行測(cè)試;動(dòng)態(tài)力學(xué)性能在EPLEXOR-DMTS上以雙懸臂模式進(jìn)行溫度掃描,溫度范圍為-60~100 ℃,升溫速率為3 K/min,頻率為10 Hz;DIN磨耗性能按照GB/T 9867—2008進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 樹(shù)脂SA85與不同溶聚丁苯橡膠的相容性

本文選用三種不同結(jié)構(gòu)的溶聚丁苯橡膠(SSBR2466、HP355和SL553)與α-甲基苯乙烯樹(shù)脂共混,三種溶聚丁苯橡膠的結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 三種SSBR的結(jié)構(gòu)參數(shù)

加入樹(shù)脂前后三種SSBR的Tg如表3所示。

表3 添加樹(shù)脂對(duì)三種SSBR的Tg的影響

高分子Tg與其鏈段結(jié)構(gòu)有關(guān)。SSBR分子鏈由苯乙烯和乙烯基鏈段構(gòu)成。隨著苯乙烯和乙烯基含量增加,分子鏈能旋轉(zhuǎn)的單鍵比例減少,鏈段尺寸大,分子鏈剛性增大,故Tg升高。三種SSBR中,苯乙烯和乙烯基含量最低的是SL553,因此其Tg最低。乙烯基含量最高、苯乙烯含量較高的SSBR2466的Tg最高。

由于樹(shù)脂的Tg高于SSBR的Tg,故加入樹(shù)脂后,三種SSBR的Tg均向高溫方向移動(dòng),且均呈現(xiàn)一個(gè)Tg,說(shuō)明樹(shù)脂SA85與三種SSBR都有較好的相容性。同時(shí)共混兩組分的相容性越好,則共混物的Tg越高。由表3可知,SL553加入樹(shù)脂之后ΔTg最大,故SL553與樹(shù)脂的相容性最好,與SSBR2266的相容性最差。

2.2 樹(shù)脂SA85對(duì)硫化特性和門(mén)尼黏度的影響

圖1為10份樹(shù)脂SA85替代10份芳烴油后的硫化曲線(xiàn)和門(mén)尼黏度。

由圖1可以看出,當(dāng)使用SA85等量替代環(huán)保芳烴油后,由于樹(shù)脂的黏度遠(yuǎn)高于芳烴油的黏度,因此三種膠料的最高轉(zhuǎn)矩(MH)、最低轉(zhuǎn)矩(ML)和門(mén)尼黏度均提高了,說(shuō)明樹(shù)脂對(duì)膠料的增塑效果弱于環(huán)保芳烴油V500。

t/min(a)硫化曲線(xiàn)

2.3 樹(shù)脂SA85對(duì)物理機(jī)械性能的影響

由表4可以看出,當(dāng)使用SA85等量替代環(huán)保芳烴油后,由于SSBR2466與SA85的相容性較差,硫化膠的交聯(lián)程度較低,因此其拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、100%定伸應(yīng)力、拉斷伸長(zhǎng)率、耐磨性均降低,而另外兩種丁苯橡膠的相應(yīng)性能則均提高。三種丁苯橡膠的常溫回彈值都下降而高溫回彈值基本不變,表明膠料的抗?jié)窕缘玫教嵘鴿L動(dòng)阻力變化不大。常溫回彈和高溫回彈兩者的差值增加,表明提高抗?jié)窕院蜐L動(dòng)阻力之間的矛盾得到改善。

表4 不同SSBR的物理機(jī)械性能

2.4 樹(shù)脂SA85對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響

樹(shù)脂SA85對(duì)三種SSBR硫化膠的動(dòng)態(tài)性能如圖2所示。

損耗因子(tanδ)的峰值對(duì)應(yīng)的溫度為硫化膠的Tg。SSBR分子鏈由苯乙烯和乙烯基鏈段構(gòu)成。隨著苯乙烯和乙烯基含量增加,分子鏈能旋轉(zhuǎn)的單鍵比例減少,鏈段尺寸大,分子鏈剛性增大,故Tg升高。由于SSBR2466的1,2-結(jié)構(gòu)乙烯基含量最高,因此其Tg最高。由圖2可以看出,用樹(shù)脂SA85等量替代部分芳烴油后,因?yàn)闃?shù)脂的Tg要高于橡膠的Tg,因此,三種丁苯橡膠的損耗因子峰值均向高溫偏移,且只有一個(gè)tanδ峰,表明三種丁苯膠與SA85均有較好的相容性。

T/℃

常用0 ℃的tanδ值表征胎面膠的抗?jié)窕裕?0 ℃的tanδ值表征滾動(dòng)阻力。由表5可以看出,SA85樹(shù)脂部分替代芳烴油使得丁苯橡膠的tanδ向右偏移,且SL553的偏移量最大,說(shuō)明其與SA85的相容性最好。三種膠料0 ℃的時(shí)候tanδ都增大,表明膠料的抗?jié)窕缘玫教岣摺?0 ℃的tanδ增幅較小,表明對(duì)滾動(dòng)阻力的影響不大。

表5 SSBR種類(lèi)和添加樹(shù)脂對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響

3 結(jié) 論

(1)DSC和動(dòng)態(tài)性能分析均表明,α-甲基苯乙烯樹(shù)脂SA85與溶聚丁苯橡膠SL553的相容性最好。

(2)樹(shù)脂SA85部分替代芳烴油后,混煉膠的門(mén)尼黏度升高;SSBR2246的交聯(lián)程度降低,基本物理機(jī)械性能和耐磨性下降;SL553和HP355的上述性能則得到改善。

(3)樹(shù)脂SA85替代10份環(huán)保芳烴油后,三種SSBR膠料的抗?jié)窕跃玫教嵘?,但滾動(dòng)阻力變化不明顯,即樹(shù)脂SA85可以使膠料的抗?jié)窕院蜐L動(dòng)阻力之間的矛盾得到改善。

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