高耐磨、低生热全钢子口耐磨胶配方设计.docx

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赵江华;张洪学;周平;崔玉叶
【摘 要】将反式异戊二烯(TPI)引入到全钢子午线轮胎子口耐磨胶的配方设计中,争论了生胶体系、填充体系和硫化体系对胶料物理、,TPI 的参加能够改善填料的分散性能;与不含有 TPI 的 1#参比配方相比,在保持了良好加工性能的同时,2#配方的 DIN 磨耗提高了 20%,胶料的耐疲乏性有了显著的提高,生热有了肯定的降低.%Trans-1,4-polyisoprene(TPI)was introduced in the design of Truck and Bus Radial Tire (TBR)gum chafer effect of rubber,filler and curing system on the physical,me-chanical properties and processibility were investigated result indicated that a better dispertion can be obtained with the TPI added pared to 1# reference compound,which did not contain TPI,the DIN wear resistance was improved 20 percent for 2# ,a better fa-tigue performance and lower heat generation were obtained with good processability.
【期刊名称】《弹性体》
【年(卷),期】2025(027)003
【总页数】5 页(P38-42)
【关键词】子口耐磨胶;轮胎;配方;反式异戊二烯
【作 者】赵江华;张洪学;周平;崔玉叶
【作者单位】江苏通用科技股份 研发中心,江苏 无锡 214000;江苏通用科
技股份 研发中心,江苏 无锡 214000;江苏通用科技股份 研发中心,江苏 无锡 214000;江苏通用科技股份 研发中心,江苏 无锡 214000
【正文语种】中 文
【中图分类】
轮胎的子口耐磨胶位于轮胎胎圈部位，与轮辋直接接触，传递来自轮辋与胎体的应力，起保护胎圈的作用。与轿车轮胎不同，全钢子午线卡、客车轮胎承受更高的应力，胎圈部位强度高，生热高，对于子口耐磨胶的性能有更高的要求。因此，高耐磨、低生热、耐疲乏是子口耐磨胶配方设计的目标。
生胶体系、填料体系、硫化体系是配方设计的三大要素。目前，全钢子午线轮胎子口耐磨胶配方主要承受自然橡胶(NR)与顺丁橡胶并用的方式。NR 具有良好的综合性能。顺丁橡胶是一种低生热的合成橡胶，尤其是在苛刻的磨损方式下，具有优良的耐磨性。该橡胶内聚强度低，加工性能差，但是与 NR 并用能够抑制自身缺点。众所周知，生胶通过填充体系补强，其主流的补强机理是大分子链滑动补强理论[1]。子口耐磨胶的填充主要承受 N3 系列炭黑，如 N330、N375 等。与 N330 炭黑相比，N375 炭黑构造性更高，能够供给更好的耐苛刻磨耗的力量，但是该炭黑生热更高，将其作为中短途全钢子午线轮胎更具有优势，而 N330 炭黑则更适合
长途子午线轮胎子口耐磨胶。通过硫化体系的调整可以优化胶料的模量、疲乏性能。子口位置生热高，与传统硫化体系和有效硫化体系相比，半有效硫化体系在保证良 好耐老化性能的同时能够供给更好的疲乏性能[2]。
反式异戊二烯(TPI),又称杜仲橡胶，其构造单元与 NR 一样，分子链为反式构造。反式构造规整，分子间隙小，内聚强度大，常温下为结晶态构造。这种构造打算了
TPI 具有良好的耐疲乏性、耐磨性 [3-9]。但是这种结晶型构造常温下表现出塑性，
加工性能差，需要通过配方的设计优化，抑制自身缺点。到目前为止，TPI 主要应用在轮胎胎面胶、垫胶中[10-11]，还鲜有将其应用于全钢子午线轮胎子口耐磨胶中的报道。
本文将 TPI 引入全钢子午线轮胎子口耐磨胶配方设计中，争论了生胶、填料、硫化体系对胶料物理、机械和加工性能的影响。
试验局部
原料
NR：泰国小烟片；丁苯橡胶(SBR 1502)：上海高桥分公司；顺丁橡胶(BR9000)：上海雪标公司；TPI:青岛第派材；白炭黑：确成硅化学股份；N330、N375:卡博特公司；Si69、防老剂、氧化锌、硬脂酸、促进剂 CZ、硫黄等均为市售工业品。
仪器设备
双辊开炼机：D160×320，无锡后宅振兴机械；小型密炼机： L，利拿机械厂；平板硫化机：湖州顺力橡胶机械；DIN/Akron 磨耗机：高铁检测仪器；拉伸试验机：英斯特朗；门尼/流变/橡胶加工(RPA2025)：美国 Alpha 技术公司。
试样制备
全部配方的根本性能评价均依据国标制备试样(国标号详见 )，具体配方见表 1。全部配方均承受三段炼胶。
一段混炼 ：依据配方要求，将橡胶、填料、其它助剂依次参加小型密炼机中，填充系数 ，炼胶 7 min，155 ℃排胶，得到一段母胶。一段母胶停放 8 h。
二段母胶：将一段母胶参加小型密炼机中，保持填充系数 ，炼胶 5 min 左右， 保持排胶温度 155 ℃，得到二段母胶。二段母胶停放 8 h。
终炼：将二段母胶置于辊温为(75±5)℃开炼机上，包辊后参加终炼小料，粉料混
入橡胶后薄通 3 次，打三角包 6 次并下片，得到终炼胶。混炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为：151 ℃×30 min。
性能测试
混炼胶硫化特性依据 GB/T 16584—1996 进展测试；门尼黏度依据 GB/T 1232—
2025 进展测试；焦烧硫化特性依据 GB/T 1233—2025 进展测试；拉伸性能依据GB/T 528—2025 进展测试；邵尔A 型硬度依据 GB/T 531—2025 进展测试；撕裂性能承受直角形试样依据 GB/T529—2025 进展测试；回弹性依据 GB/T 1681—2025 进展测试；Akron 磨耗性能依据 GB/T 1689—2025 进展测试；DIN 磨耗依据 GB/T 9867—2025 进展测试；橡胶动态性能测试条件：(1)硫化阶
段:170 ℃,10%应变,1 Hz,10 min；(2)应变扫描：1 Hz,60 ℃。2 结果与争论
TPI 含量对子口胶性能的影响
不同 TPI 含量子口耐磨胶料配方如表 1 所示。1#配方为不含有 TPI 的参比配方， 2#～5#配方用 10～25 份 TPI 等量替代 NR，保持其它组分不变。1#～5#配方的物理、机械和加工性能如表 2 所示。在 151 ℃×30 min 的硫化条件下，与 1#参比配方相比，2#配方的硬度有了明显的下降，3#～5#配方的硬度趋于稳定。硬度反映胶料小变形下抵抗外力的力量，影响硬度的因素主要有填料体系、硫化体系。在同样的设备、工艺及硫化条件下，填料的分散对硬度也有显著的影响。由于 TPI 常温下表现出硬质塑性，TPI 含量的增加对一段母胶表现出良好的增硬效果。在二段炼胶过程中，橡胶基体模量的增加能够加速炭黑二次聚拢体的破坏，有利于炭黑的分散,从而导致硫化胶硬度的降低。值得留意的是，随着胶料硬度的降低，硫化胶的拉断伸长率呈递增的趋势，意味着胶料韧性和耐疲乏性的提高。
表 1 子口耐磨胶料配方 1 1) 样品号
1#2#3#4#5# 顺丁橡胶

1) 1#～5# 配方(质量份)：N330 70，ZnO 5，硬脂酸 3，硫黄 ，CZ ， WK901 ,CTP ，其它 10。
表 2 1#～5#胶料的物性 1)样品号 1#2#3#4#5#邵尔 A 硬度 7471686867 拉断伸长率/%440485517538565 拉伸强度/%定伸应力
/ 撕裂强度/(kN·m-1)8981807476DIN 磨耗量
/mm36149474646Akron 磨耗体积
/(151℃×60min)/ ℃1+46563606057 焦烧时间(127℃)/
1) 硫化条件为 151 ℃×30 min。
硫化胶的撕裂强度反映胶料抗裂口增长的力量。随着 TPI 含量的增加，硫化胶的抗撕裂性能有下降趋势,造成这种现象的缘由是该系列配方中硫化体系硫含量低，未参与硫化的 TPI 内聚强度大，这种构造类似于物理交联，易形成应力集中，引发裂纹，表现出撕裂强度的下降。DIN 磨耗和 Akron 磨耗代表了两种不同工况的磨耗形式，与 Akron 磨耗相比，DIN 磨耗的程度更为苛刻。子口耐磨胶紧贴轮辋，在驱动轴应力作用下，与轮辋之间呈现苛刻的静摩擦，与 DIN 磨耗的相关性更高。从试验结果看，与 1#参比片配方相比，TPI 的参加使得 2#～5#配方的 DIN 磨耗提高了 20%～25%，而 Akron 磨耗有了 14%左右的提高。
由于轮胎在行驶中处于动态的周期性应力下，因此争论橡胶的动态性能具有重要意义。图 1(a、b、c)分别描述了 1#～5#配方剪切弹性储能模量(G′)、损耗模量(G″) 和损耗因子(tan δ)随应变的关系。图 1(a)中，与 2#～5#配方相比，1#参比配方填料之间表现出了更强的 Payne 效应，说明在同样的工艺、设备条件下，TPI 的参加有利于改善填料分散。在线弹性范围内，G″主要描述了填料二次聚拢体内部
及填料网络之间的损耗，其本质是填料之间的内摩擦。图 1(b)中 G″的变化趋势与
图 1(a)一样，说明 2#～5#配方具有更好的分散。值得留意的是，该结果进一步地解释了 1#～5#配方硬度的变化规律。通常认为 60 ℃下的 tan δ 与生热成正相关。图 1(c)描述了 1#～5#配方的 tan δ,可以觉察，参加 TPI 能够有效地降低硫化胶的
生热。与 1#配方相比，2#配方的生热降低了 7%。如表 2 所示，与 1#配方相比， 参加 TPI 的 2#～5#配方在 151 ℃×60 min 下的硫化速度和焦烧时间没有显著变化。用 100 ℃的门尼黏度来描述胶料的加工性能，表 2 数据说明，TPI 的参加对胶料加工性能影响不大。但是由于 TPI 在常温下呈结晶态，模量较高，与 1#配方相比，2#～5#配方室温下生胶模量依次增大。
应变/%(a) 应变/%(b)
应变/%(c)图 1 1#～5#试样 RPA 动态性能随应变的变化
通过对 1#～5#配方的物理、机械和加工性能的争论可以觉察，与 1#配方相比， 2#配方表现出了良好的综合性能。
填充体系和硫化体系对子口胶的影响
为了进一步争论填料体系、硫化体系对胶料性能的影响，在 2#配方根底上设计了6#、7#配方，如表 3 所示。胶料的物性如表 4 所示。6#配方调整了 N330 炭黑的用量，承受白炭黑和炭黑并用的填充体系；7#配方在 6#配方的根底上调整了硫化体系，通过硫化体系的调整获得性能更加优异的子口配方。与 2#配方相比，6#、7#配方的硬度有了显著的增加，胶料的拉断伸长率有了显著的降低。硬度的增加有两个缘由：其一，填充剂含量的提高增加了橡胶的弹性储能，增加了硫化胶抵抗变形的力量；其二，填料的分散性变差。填料二次构造内部及外部形成的网络增加了橡胶弹性储能。影响拉断伸长率的主要因素是填料和交联密度。更高的填充量或者交联密度简洁造成局部应力集中，引发裂纹并扩展。与 2#配方相比，6#、7#配
方撕裂强度的显著下降进一步证明白该理论。与 2#配方相比，6#、7#配方的 300%
定伸应力有了显著的增加。填料用量的增加使得填料网络抵抗变形的力量增加。此外，填料用量的增加有利于形成更多的结合胶，依据大分子链滑动理论，橡胶在变形过程中通过在填料外表滑动消耗大量的变性能，因此，一样的变形条件下，含有更多结合橡胶的硫化胶能够承受更大的应力。值得留意的是，填料用量以及交联密度的增加并没有提高胶料的耐磨性，反而有了明显地降低。其缘由是填充量、交联密度的进一步增加更简洁形成裂纹并扩展。与 2#配方相比，6#、7#配方的门尼黏度有了显著的提高，门尼黏度过高的胶料简洁造成挤出过程中设备负荷增大，半成品部件稳定性差。6#、7#配方胶料的 T90 与 2#配方相比有所削减，其缘由是没有参与偶联的白炭黑吸附空气中水分，吸附的水分能够加速促进剂分解，从而缩短T90。
表 3 子口耐磨胶配方 1)样品号 2#6#7# 白炭黑
可溶性硫黄
1) 6#～7# 配方(质量份)： ZnO 5，硬脂酸 3，CZ ，WK901 ,CTP ，其它 10。
表 4 6#、7#胶料的物性 1)性能 2#6#7#邵尔 A 硬度 717979 拉断伸长率
/%485372364 拉伸强度/%定伸应力/ 撕
裂强度/(kN·m-1)816739DIN 磨耗量/mm3496469Akron 磨耗体积
/(151℃×60min)/℃1+4639
190 焦烧时间(127℃)/
1) 硫化条件为 151 ℃×30 min。
图 2 为 2#、6#和 7#配方的动态性能。与 2#配方相比，6#和 7#配方表现出更强的 Payne 效应，这主要是由于填料的增加引起的[12]。胶料的 G″与 G′有同样的趋
势。与 6#配方相比，7#配方应变为 3%左右的 tan δ 有了小幅降低。从 6#和 7#
配方 G″的数据看，导致 tan δ 降低的主要缘由是 7#配方的分散较好。应变/%(a)
应变/%(b)
应变/%(c)图 2 2#、6#和 7#配方的 RPA 动态性能3 结 论
将 TPI 引入到全钢子口耐磨胶配方设计中，通过调整生胶体系、填充体系和硫化体系设计了 1#～7#配方，争论了胶料的物理、机械和加工性能。
与不含有 TPI 的 1#子口耐磨胶相比，TPI 的参加能够有效地改善填料的分散。含有 15 质量份 TPI 的 2#配方的 DIN 磨耗提高了 20%，胶料的疲乏性有了显著的提高。RPA 测试结果说明，与 1#配方相比，2#配方表现出了更好的动态性能，胶料的生热有了显著的降低。此外，在 2#～7#配方中，含有较少 TPI 的 2#配方表现出了良好的加工性能。
在 2#配方根底上设计的 6#～7#配方调整了填充体系和硫化体系。结果说明， 进一步增加填充量或者提高交联密度并没有有效改善胶料的物理、机械和加工性能。相反，胶料的疲乏性、耐磨性以及加工性能变差，生热增大。
参 考 文 献：
【相关文献】
[M].北京：出版社,1997： 216-218.
裘怿明,傅政,姬生，[J].合成橡胶工业,2025,23(2):111- 114.
俞华英,刘蓉,[J].现代橡胶技 术,2025,41(1):31-34.
张文禹,黄宝琛,杜爱华, 共混物的性能[J].橡胶工业,2025,48(12):709-712.
张文禹,黄宝琛,杜爱华， 共混物的性能[J].橡胶工业,2025,49(2):69-72.
李良萍,李翔,薛兆弘,[J].特种橡胶制品,2025,22(3):1-3.
俞华英,刘蓉,[J].现代橡胶技 术,2025,41(1)：31-34.
[8] 胡京汇,邵光强,姜秀波,-1,4-聚异戊二烯功能化争论现状[J].弹性体,2025,26(2):72-76.
姚坤承,聂华荣,马韵升,-/顺式-1，4-聚异戊二烯共混体系的结晶动力学[J].高等学校化学 学报,2025,12(37)：2315-2322.
王付胜,杜爱华, 1,4-聚异戊二烯的性能及其在轮胎中的应用[J].橡胶工业,2025,52(12)：762-764.
齐立杰,赵志超, 并用胶在全钢子午线轮胎胎肩垫胶中的应用[J].弹性体， 2025,19(4):48-51.
马建华,[J].橡胶 工业,2025,59(2)： 84-90.