生物基液体橡胶的轮胎应用研究

生物基液体橡胶的轮胎应用研究

刘婷婷㊀编译

㊀㊀增塑剂是橡胶与粘合剂产业中很重要的组

分.一方面,增塑剂常用来降低硬度,提高加工性能,降低原料成本.另一方面,机械性能随着增塑剂含量的增加而变差.另外,由于挥发或渗出,增塑剂会引起性能随着时间的变化并产生污染.甚至邻苯二甲酸酯类及芳香油类增塑剂可能会由于环境和人类健康方面的问题而受到监管.K u r a Ｇr a y 液体橡胶(

K L R )是一种可以与固体橡胶共硫化的增塑剂.因此,K L R 不会像其他增塑剂一样存在如渗出和挥发的问题.因此,我们希望K L R

在环境友好增塑剂方面具有增长潜力

.

图１㊀K L R 分子量

１㊀K u r a r a y 液体橡胶的特性

K L R 是一种低分子量的聚二烯.分子量介于固体橡胶和增塑剂之间,如图１所示,K L R 因此具有固体橡胶和增塑剂的双重特性,即既能够与固体橡胶共硫化也具备出色的增塑能力.由于上述特性,我们将K L R 称为

反应型增塑剂 .２㊀K L R 的分类

K L R 目前有均聚物㊁

共聚物及改性聚合物(氢化㊁羧基化和丙烯酸酯化).上述几类聚合物由异戊二烯㊁丁二烯㊁苯乙烯组成.K L R 的典型性质列于表１.

３㊀在高炭黑含量配方中对性能的影响

为了达到高硬度和高储存模量从而提高轮胎

的操纵稳定性,在三角胶芯胶料中应用了大量的炭黑和酚醛树脂.然而,混入大量炭黑后导致的高门尼粘度令橡胶加工性能变差,增塑剂因其会降低硬度和储存模量而用量受到限制.因此,目前需要一种在三角胶芯胶料中能够保持橡胶刚度的增塑剂.

表１㊀液体橡胶基本性质

名称结构分子量T g ,ħL I R Ｇ５０

聚异戊二烯５４０００－６３L B R Ｇ３００聚丁二烯４４０００－９５L B R Ｇ３０５聚丁二烯２６０００－９５L B R Ｇ３０７聚丁二烯

８０００

－９５表２㊀高C B 含量配方

原料１

２

３

４

天然橡胶(S T R２００

)１００９５９０８５L I R Ｇ５００５１０１５N ３３０炭黑

７０７０７０７０T D A E ５５５５Z n O

５５５５硬脂酸

２２２２防老剂６C １１１１１防老剂R D

２１１１

１

酚醛树脂３１０１０１０１０硫化剂

H D O T ２０４

４４４４促进剂N S ５１．７１．７１．７１．７

HMT

６１１１１１)N Ｇ(１,３Ｇ二甲基丁基)ＧN ᶄＧ苯基对苯二胺;２)２,２,４Ｇ三甲基Ｇ１,２Ｇ二氢喹啉聚合体;３)腰果籽油改性酚醛树脂;４)２０％油处理的不溶性硫黄;５)N Ｇ叔丁基Ｇ２Ｇ苯并噻唑次磺酰胺;６

)六亚甲基四胺如表２所示,将L I R Ｇ５０混入三角胶芯胶料

中.首先,在M i x t r o nB B ＧL １８００密炼机中混炼

５．５m i n ,之后在８ᵡ开炼机上出片,并冷却至环境温度.第二步,将硫化剂在１．２５m i n 内加入到

B B 密炼机中,再在８ᵡ

开炼机上出成３m m 厚的胶片.在１６０ħ下模压２５m i n 制备２m m 厚的硫化试片.

发现加入大量炭黑后混炼变得很困难,然而,５~１５份L I RＧ５０替代天然橡胶后可改善加工性能,降低门尼粘度,减少用电量(图３).另外,最多１０份L I RＧ５０可有效提高硫化胶在２５ħ时的储存模量.炭黑分散仪观察到１０份L I RＧ５０能够提高炭黑分散,该结果与储存模量Eᶄ相一致

.

图２㊀K L R

分类

图３㊀L I RＧ５０

的增塑效果

图４㊀２５ħ时C B分散与Eᶄ的关系

在配方１中,由于酚醛树脂很难分散在高门

尼粘度和低极性的天然橡胶/炭黑体系中,炭黑与

酚醛树脂形成了大尺寸的聚集体.机理可能是液

体异戊二烯橡胶先粘附到炭黑表面,湿润后的炭

黑提高了在天然橡胶中的分散,同时降低了门尼

粘度,这更好地促进了炭黑和酚醛树脂的分散.

采用５或１０份的L I RＧ５０时,能够保持拉伸强度.

但加入１５份L I RＧ５０会降低伸长率(图５).因

此,１０份L I RＧ５０可达到最好的增塑性能㊁高模量

和机械性能.

４㊀用作冬季轮胎胶料的软化剂

为了减小冬季轮胎胎面－２０ħ下模量Eᶄ,软

化剂是一个很重要的组分;因为低温下较低的Eᶄ

提高了轮胎与在冰面上的抓着性.然而,在公路

上大部分轮胎使用过程中软化剂会迁移或渗出.

这就导致了胎面逐步硬化,冰路面抓着性能下降.

因此,预计不渗出的软化剂能够延长轮胎寿命.

图５㊀２５ħ

下的拉伸性能

图６㊀迁移测试装置表３㊀冬季轮胎配方

配方１

２

３

４

天然橡胶３０３０３０３０S ＧS B R

７０７０７０７０T D A E

２０１０１０１０L B R Ｇ３０７－１０－－L B R Ｇ３０５－－１０－L B R Ｇ３００－－－１０N ２２０炭黑１０１０１０１０白炭黑

６０６０

６０６０

硅烷偶联剂(S i Ｇ７５)４．８４．８４．８４．８Z n O

３３３３硬脂酸

２２２２防老剂６C

１２．５２．５２．５２．５石蜡１．５１．５１．５１．５硫黄

１．５１．５１．５１．５促进剂T B T ＧN

２０．５

０．５

０．５

０．５

促进剂D M ３

０．４５０．４５０．４５０．４５促进剂C Z

４０．５５０．５５０．５５０．５５１)N Ｇ(１,３Ｇ二甲基丁基)ＧN ᶄＧ苯基对苯二胺;２)２,２,４Ｇ三甲基Ｇ１,２Ｇ二氢喹啉聚合体;３)N Ｇ叔丁基Ｇ２Ｇ苯并噻唑次磺酰胺;４)１,３Ｇ二苯胍

表４㊀不同L B R 配方性能

配方１

２

３

４

增塑剂T D A E L B R Ｇ３０７L B R Ｇ３０５L B R Ｇ３００门尼粘度㊀M L １＋４,１３０ħ４８．３４７．９４８．５４９．１门尼焦烧时间(１３０ħ)㊀t ５,

m i n ２９．５２４．６２４．５２３．５㊀t ３５,m i n ３９．２３３．８３４．３３１．６硫化曲线(１６０ħ)

㊀t ９０,m i n １７．２１５．７１５．０１５．１㊀D I N 磨耗指数１００１１２１１３１０６机械性能

㊀H s (A 类)

５８

５８

５９

６１

㊀拉断伸长率,％６０７

６３５

６４１

６３０

㊀拉伸强度,M P a

２２．８

２２．２２２．３２２．７㊀M １００１．６８１．６５１．７２１．８

㊀M ３００

７．８９７．３７７．３８７．７６动态粘弹性(２５ħ)㊀E ᶄ/５．０％４．５６

４．５５

５．０２

５．１９㊀t a n δ/５．０％

０．１８００．２０００．２１９０．２２

１

图７㊀迁移实验结果

将液体丁二烯橡胶(L B R )与N R ㊁S ＧS B R ㊁

白炭黑㊁C B 以及硫化剂用B B ＧL １８００密炼机和８ᵡ开炼机混炼,配方列于表３.性能测试所得结果列于表４.L B R 提高了橡胶耐磨性,同时保持了拉伸性能,并且增塑能力与T D E A 相同.如图６所示,将硫化试片(７５m mˑ４５m mˑ

２m m )放在不含增塑剂的N R /C B (１００/４０)的硫化胶片之间,放置５００g 砝码.测试装置放置于７０ħ试验腔中.２０天后,观察到配方１胶料质量损失８．２％;然而配方２~４中胶片由于L B R 共交联的作用,质量损失仅为４．１％.这一现象证实了冰路面抓着力性能的长期可靠性.在７０ħ下经历２０天迁移测试之前和之后的－２０ħ下模