溶聚丁苯橡胶FX_5021...211在轮胎胎面胶中的应用_肖同畅.pdf
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1、溶聚丁苯橡胶 FX 5021 和 FX 3211在轮胎胎面胶中的应用肖同畅,乔云河,刘英俊,杜爱华*(青岛科技大学 高分子科学与工程学院,山东 青岛266042)摘要:以2种牌号溶聚丁苯橡胶(SSBR)FX 5021和FX 3211作为基体材料,白炭黑作为增强填料,考察了2种混炼胶中填料的分散性及硫化胶的物理机械性能及动态力学性能。结果表明,在FX 5021混炼胶中白炭黑的分散性更好,FX 5021混炼胶的硫化速率较慢。FX 5021硫化胶的拉伸强度和定伸应力更高,而FX 3211硫化胶拥有更高的撕裂强度、回弹性和耐磨耗性能。FX 5021硫化胶有更高的抗湿滑性能和滚动阻力。关键词:溶聚丁苯橡
2、胶;硫化特性;物理机械性能;抗湿滑性能;滚动阻力中图分类号:TQ 333.1文献标志码:B文章编号:1000-1255(2023)02-0130-04DOI:10.19908/ki.ISSN1000-1255.2023.02.0130合成橡胶工业,2023-03-15,46(2):130133CHINASYNTHETICRUBBERINDUSTRY收稿日期:2022-08-09;修订日期:2023-01-09。作者简介:肖同畅(1999),男,山东泰安人,硕士。主要从事聚合物结构与性能的研究工作。*通讯联系人。丁苯橡胶根据聚合工艺不同可以分为溶聚丁苯橡胶(SSBR)和乳聚丁苯橡胶(ESBR)。
3、与ESBR相比,SSBR采用活性负离子聚合工艺,分子链结构可以控制,分子量分布窄,生热低,经白炭黑增强后可以较好地平衡胎面胶的“魔三角”难题,通常用于绿色轮胎的制备。SSBR在耐磨性能、抗湿滑性能和滚动阻力平衡方面优于ESBR,为了进一步提高其性能,通常对SSBR进行改性处理,一方面可通过偶联改性降低由自由链末端运动产生的摩擦生热,从而降低滚动阻力;另一方面,可通过SSBR分子链端基改性,与白炭黑表面的硅羟基发生物理作用甚至化学反应,提高白炭黑在SSBR中的分散性及白炭黑与SSBR界面的相互作用,从而提高胶料的耐磨性和抗湿滑性能,降低滚动阻力1-2。本工作主要对比了白炭黑填充的2种不同牌号改性
4、的SSBR的性能差异,为2种新牌号SSBR在高性能轮胎中的应用提供参考。1实验部分1.1主要原材料SSBR,牌号FX 5021和FX 3211,充5份环保芳烃油,均为常州阿朗新科公司产品;高分散白炭黑,牌号Z 1165 MP,青岛索尔维化工有限公司产品;氧化锌、硬脂酸(SA)、硫黄、硅烷偶联剂Si 69、促进剂N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(CBS)、防老剂4010 NA均为市售工业品。1.2试样制备制备试样的基本配方为:SSBR 100份(质量,下同),氧化锌5份,SA 2份,防老剂4010 NA2份,硫黄1.8份,促进剂CBS 1.2份,白炭黑50份,Si 69 5份。采用两段混炼工艺制
5、备白炭黑/SSBR复合材料。一段混炼工艺为:设置上海 科创公司生产的XSM-500型橡塑试验密炼机转子转速为70 r/min,初始温度为100,将SSBR置于密炼机中塑炼1 min,加入氧化锌、SA、4010 NA混炼1 min,加入白炭黑和Si 69混炼4 min,控制胶料温度在140150并保持2min,排胶。二段混炼工艺为:设置密炼机转速为35 r/min,初始温度为70,加入一段母胶塑炼1 min,再加入硫黄和促进剂CBS,保持温度低于100混炼2min后排胶。1.3分析与测试硫化特性采用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-M 2000 A型无转子硫化仪测试硫化特性。硫化温度170,测
6、试时间70 min,采用硫化速率指数(CRI)来表征混炼胶的硫化速率,按照式(1)计算CRI,其中t90和t10分别为170 加工应用第2期下混炼胶的正硫化时间和焦烧时间:CRI=100/(t90-t10)。(1)差示扫描量热(DSC)采用德国Netzsch公司生产的204 F 1型DSC仪进行测试。测试温度为-9040,升温速率为10/min。物理机械性能采用德国Zwick/Roell公司生产的Z 005型万能电子拉力试验机,按照GB/T5282009和GB/T 5292009测试硫化胶的拉伸性能和撕裂性能。采用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-GS-MB型邵氏硬度仪,按照GB/T 531
7、2008测试邵尔A硬度。采用江苏明珠试验机械有限公司生产的MZ-4065型橡胶回弹试验机,按照GB/T 16812009测试硫化胶的回弹性。采用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-7012-D型DIN磨耗试验机,按照GB/T 98672008测试耐磨性。采用美国Alpha公司生产的MV 2000型门尼黏度仪按照GB/T 1232.12000测试混炼胶的门尼黏度。填料分散性采用美国Alpha公司生产的RPA 2000型橡胶加工分析仪(RPA)测试填料分散性。测试温度60,剪切频率1 Hz,应变0.28%100%。应变扫描分析将混炼胶在橡胶加工分析仪中进行硫化,硫化时间采用t90,温度为170,设
8、置剪切频率为10 Hz,温度为60,应变为0.28%66%,进行硫化胶的应变扫描。动态力学分析(DMA)采用美国TA公司生产的Q 800型DMA仪进行测试。测试温度-9080,升温速率3/min,频率10 Hz,应变0.5%。动态压缩疲劳生热采用台湾高铁科技股份有限公司生产的GT-RH-2000型橡胶压缩生热试验机进行测试。冲程4.445 mm,温度55,频率30 Hz,预应力1 MPa,测试时间25 min。2结果与讨论2.1微观结构及生胶门尼黏度由图1和表1可以看出,2种新牌号SSBRFX 5021及FX 3211的生胶门尼黏度相同,且二者均经改性处理。FX 5021的结合苯乙烯和乙烯基质
9、量分数均高于FX 3211,说明FX 5021具有更多的苯基和乙烯基这2种大体积侧基,使得其分子链柔顺性下降,玻璃化转变温度(Tg)升高。Fig 1DSC curves of FX 5021 and FX 3211Table 1Microstructure and Mooney viscosity of FX 5021and FX 3211SampleMass fraction ofbound styrene/%Mass fractionof vinyl/%Tg/MooneyviscosityModificationFX 50212150-2568YesFX 32111132-6168Yes2
10、.2混炼胶门尼黏度和硫化特性由表2可以看出,FX 3211混炼胶的门尼黏度比FX 5021高;FX 5021混炼胶的t10和t90明显长于FX 3211混炼胶,其CRI低,硫化速率慢,这可能是由于其1,2-丁二烯结构含量高引起的。FX 3211的最大转矩(MH)和最小转矩(ML)均要高于FX 5021,MH与ML之差(MH-ML)可以反应交联密度的大小,可以看出FX 5021的交联密度高于FX 3211。Table 2Mooney viscosity and curing characteristics of SSBRcompoundsSampleMooneyviscosityML/(Nm)M
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