５９２ 轮胎工业 ２０１ ６年第３６卷 溶聚丁苯橡胶２ ５６４ Ｓ在冬季轿车子午线轮胎 胎面胶中的应用研究 张俊伟，熊国华，李冬，王廷华，刘晓庆，戴明利 （四川海大橡胶集团有限公司，四川简阳 ６４１４０２） 摘要：试验研究溶聚丁苯橡胶（ＳＳＢＲ）２５６４Ｓ在冬季轿车子午线轮胎胎面胶中的应用。结果表明：在冬季轿车子午 线轮胎胎面胶中采用ＳＳＢＲ２５６４Ｓ替代乳聚丁苯橡胶（ＥＳＢＲ）１７２３，并调整炭黑／白炭黑并用比例，胶料的邵尔Ａ型硬度较 低，３００％定伸应力和拉伸强度略有降低，低温下（０℃）邵尔Ａ型硬度变化较小，湿地抓着性能较好，滚动阻力较低；工艺 性能良好；试制的１８５／６０Ｒ１４轿车子午线轮胎的强度性能、耐久性能和高速性能良好，且实际应用中轮胎在冰雪路面上操 控性能优良。 关键词：溶聚丁苯橡胶；冬季轿车子午线轮胎；低温性能；抗冰滑性能；滚动阻力 中图分类号：Ｕ４６３．３４１－Ｉ－，４／．６；ＴＱ３３３．１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６ 当前，在寒冷的冬天使用冬季轮胎已经成为 趋势，北欧多个国家明文要求汽车在冬季必须装 配冬季轮胎以保障行车安全。轮胎对地面的抓着 １．２ 配方 生产配方：天然橡胶（ＮＲ） 顷丁橡胶（ＢＲ） ７０，ＥＳＢＲ１７２３ ４１．３，炭黑Ｎ２３４ ３３，白炭黑 力主要由胎面提供，因此冬季轮胎胎面胶必须具 有极高的抗湿滑和抗冰滑性能。在胎面胶中使用 溶聚丁苯橡胶（ＳＳＢＲ）能够提高其抗湿滑性能。 中石油独山子石化公司开发的ＳＳＢＲ２５６４Ｓ具有抗 ３０，氧化锌老剂３，硬脂酸１．５，硅烷偶联剂４．２，其他５，防 ３．５，促进剂／硫黄２７．５。 １ 试验配方：ＳＳＢＲ２５６４Ｓ等量替代ＥＳＢＲ１ ７２３， 其余组分同生产配方。 ２ 试验配方：ＮＲ／ＢＲ ７０，ＳＳＢＲ２５６４Ｓ 湿滑性能优异、滞后损耗小的优点，且其采用环烷 油作为填充油，符合欧盟ＲＥＡＣＨ法规要求。 本工作试验研究ＳＳＢＲ２５６４Ｓ代替乳聚丁苯 胶（ＥＳＢＲ）１７２３在冬季轿车子午线轮胎胎面胶中 应用。 ４１．３，炭黑Ｎ２３４ １８，白炭黑４０，氧化锌２．５， 硬脂酸剂／硫黄１，硅烷偶联剂４．４，其他７．５，防老剂３．２，促进 ３５．４。 １．３主要设备和仪器 ＸＫ一１６０型开炼机，广东湛江机械厂产品； １ 实验 ＧＫ４００Ｎ型和ＧＫ２５５Ｎ型密炼机，益阳橡胶塑料 机械集团有限公司产品；０．５ ＭＮ平板硫化机，湖 州宏侨橡胶机械有限公司产品；ＭＶ２０００型门尼 粘度仪和ＭＤＲ２０００型无转子硫化仪，美国阿尔法 科技有限公司产品；ＵＴ一２０６０型电子拉力试验机， １．１主要原材料 ＳＳＢＲ，牌号２５６４Ｓ，中石油独山子石化公司产 品；ＥＳＢＲ，牌号１７２３，南通申华化学工业有限公司 产品；白炭黑，牌号Ｕｌｔｒａｓｉｌ７０００ ＧＲ，赢创嘉联白炭 黑（南平）有限公司产品；炭黑Ｎ２３４，曲靖众一煤化 工有限公司产品。 作者简介：张俊伟（１９６８一），男，四川简阳人，四川海大橡胶集 团有限公司高级工程师，硕士，主要从事半钢子午线轮胎结构设计 及工艺管理工作。 中国台湾优肯科技股份有限公司产品；Ｙ３０００Ｅ型 压缩生热试验机，北京友深电子仪器有限公司产 品；Ｙ４０１Ａ型热老化试验箱，江苏天源试验设备有 限公司产品；ＤＭＡ／ＳＤＴＡ８６１ｅ型动态热力学分析 （ＤＭＡ）仪，瑞士Ｍｅｔｔｌｅｒ—Ｔｏｌｅｄｏ公司产品。 第１０期 张俊伟等．溶聚丁苯橡胶２５６４Ｓ在冬季轿车子午线轮胎胎面胶中的应用研究 ５９３ １．４试样制备 小配合试验在ＸＫ一１６０型开炼机上进行，采用 两段混炼工艺，前后辊筒转速比为１：１．１。一段 混炼加料顺序为：ＮＲ一合成橡胶一氧化锌、硬脂 酸、硅烷偶联剂和防老剂等一炭黑和白炭黑一下 片。一段混炼胶停放４ ｈ后进行二段混炼，加料顺 序为：一段混炼胶一促进剂和硫黄一打三角包一 薄通下片。混炼胶停放至少８ ｈ后在平板硫化机上 硫化。 大配合试验采用时间、温度联合控制的自动 混炼工艺，分为三段混炼。一段混炼在ＧＫ４００Ｎ 型密炼机中进行，转子转速为４５ ｒ・ｍｉｎ，加料顺 序为：生胶、硬脂酸、氧化锌、防老剂和硅烷偶联剂 等一白炭黑、２／３炭黑一橡胶油，排胶温度为 （１５０±５）℃；二段混炼在ＧＫ４００Ｎ型密炼机中进 行，转子转速为４０ ｒ・ｍｉｎ～，加料顺序为：一段混 炼胶一１／３炭黑，排胶温度为（１４５±５）℃；三段 混炼在ＧＫ２５５Ｎ型密炼机中进行，转子转速为２５ ｒ・ｍｉｎ～，加料顺序为：二段混炼胶一促进剂和硫 黄，排胶温度为（１００±５）℃。各段混炼胶停放时 问不短于４ ｈ，胶料在常温下存放。 １．５性能测试 胶料的各项性能均按相应国家标准或行业标 准进行测试。 ２结果与讨论 ２．１ ＳＳＢＲ２５６４Ｓ理化分析 ＳＳＢＲ２５６４Ｓ的理化分析结果见表１。从表１可 见，ＳＳＢＲ２５６４Ｓ的各项性能指标均符合企业标准 要求。 表１ ＳＳＢＲ２５６４Ｓ理化分析结果 ２．２小配合试验 由于ＳＳＢＲ２５６４Ｓ与白炭黑结合能力较强，有 利于改善白炭黑的分散和加工工艺性能，因此在 ２ 试验配方中加大白炭黑用量，减小炭黑用量，降 低胶料硬度，以利于提高胶料冰雪路面上的抓着 力。小配合试验结果如表２所示。 从表２可以看出，与生产配方相比，１ 试验配 方胶料的邵尔Ａ型硬度较低，３００％定伸应力较大， 拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度较低，这是由 ＳＳＢＲ的微观结构决定的。由于ＳＳＢＲ相对分子质 量分布窄，与白炭黑结合能力强，因此试验配方的 耐磨性能优于生产配方，此外，试验配方胶料０℃ 下的损耗因子（ｔａｎ＆）较大，６０℃下的ｔａｎ＆较小，表 明其抗湿滑性较好，滚动阻力较低；其他性能相差 不大。 从表２还可以看出，２ 试验配方由于增大了白 炭黑用量，减小了炭黑用量，胶料的邵尔Ａ型硬度 明显降低；３００％定伸应力和拉伸强度等各项物理 性能明显低于生产配方和１ 试验配方。 从低温性能和动态力学性能测试结果看，生 产配方和１ 试验配方胶料的邵尔Ａ型硬度较高，且 在０℃下的邵尔Ａ型硬度增大５～６度，２ 试验配方 邵尔Ａ型硬度最低，且在０℃下的邵尔Ａ型硬度只 增大了２度，这与ＤＭＡＮＩＪ试中２ 试验配方玻璃化温 度最低相吻合，即胶料的耐低温性能较好，有利于 提高轮胎在冰雪路面上的抓着力。此外，２ 试验配 方胶料０℃下的ｔａｎ＆最大，６０℃下的ｔａｎ６最小，表 明胶料的抗湿滑性能较好，滚动阻力较低，符合冬 季轮胎胎面胶的要求。 综合比较１ 和２ 试验配方胶料的性能，选择２ 试验配方进行大配合试验。 ２．３大配合试验 大配合试验结果如表３所示。从表３可以看 出，大配合试验结果与小配合试验比较吻合。 ２．４工艺性能 在密炼机混炼过程中，２ 试验配方混炼功率较 低，说明白炭黑混入较好；终炼胶表面光滑平整， 表明填料分散均匀。挤出胎面断面致密，几何尺 寸稳定，工艺性能良好。 ２．５成品性能 用大配合试验胶料生产的胎面试制 １ ８５／６０Ｒ１４ ８８Ｈ冬季轿车子午线轮胎，按照相应国 家标准进行室内性能测试，试验结果见表４。从表 ４Ｎ见，试验轮胎的强度性能、耐久性能和高速性 ５９４ 轮胎工业 ２０１６年第３６卷 门尼粘度［ＭＬ（１－ｔ－４）１００℃］ ４８ ５５ ４５ 门尼焦烧时间（１２７℃） ｔ／ｍｉｎ 屯５／ｍｉｎ １９．５ ２４．１ ２１．７ ２５．４ ２５．２ ２８．３ 硫化仪数据（１６０℃） ／（ｄＮ・ｍ） Ｈ１．４ １４．２ ３．２ １．１ １３．３ ２．４ １．３ １５．６ ２．９ ５．１ ８．９ ６．０ ２５ ２Ｏ １．１５ ／（ｄＮ・ｍ） ｔｌｏ／ｍｌｎ ｔｓｏ／ｍｉｎ ｔｇｏ／ｍｉｎ ｆ９ｏ—ｔｌｏ／ｍｉｎ ５．７ ９．８ ６．６ １５ ４．５ ８．２ ５．８ ２０ １．１４ 硫化时间（１６０℃）／ｍｉｎ ２０ １．１５ ２５ 密度／（Ｍｇ・ｍ ） 邵尔Ａ型硬度／度 Ｏ℃ ２３℃ ６ｌ ６８ ６２ ９．３ ｌ８．６ ４９４ ｌ４ ５７ ６８ ５５ ５．７ １７．６ ６２ ６ｌ ９．２ １８．５ ４８１ １ｌ ５４ ５．２ １７．２ ５５ ５．９ ｌ７．５ ６３ ８．８ ６３ ８．８ ３００％定伸应力／ＭＰａ ８．９ １７．８ ５１４ １４ ８．５ １９．２ ５８５ 拉伸强度／ＭＰａ 拉断伸长率／％ 拉断永久变形／％ 回弹值（２３℃）／％ 撕裂强度／（ｋＮ・ｍ ） ＤＩＮ磨耗量／ｃｍ １９．９ ５３４ ｌｌ ４１ ６２ １９．１ ５４１ １２ ６８２ １９ ６５４ ｌ５ ４５ ４３ ０．１４１ ６３９ １７ １６ ３９ ５６ Ｏ．１２０ ０．１２９ ３０．８ 压缩疲劳温升”／＇Ｃ ＤＭＡ参数 玻璃化温度／℃ ｔａｎ６ ２７．６ ２５．１ ３Ｏ ３６ —３２ ０℃ ６Ｏ℃ ０．４１２ ０．２０９ ０ ４２５ Ｏ．１５６ Ｏ．３８６ ０．２３５ １００℃×４８ ｈ热老化后 ３００％定伸应力／ＭＰａ 拉伸强度／ＭＰａ 拉断伸长率／％ 拉断永久变形／％ ｌ２．１ ｌ６．５ ４２８ ７ ３５ ７．２ ｌ５．１ ｌ１．６ １７ ｌ ５２４ １ｌ ３３ ４５２ ９ ４０ 撕裂强度／（ｋＮ・ｍ ） 注：１）冲程４．４５ｍｍ，负荷１．００ＭＰａ，温度５５℃，频率３０Ｈｚ。 表３大配合试验结果 项 目 ２ 试验配方 ６Ｏ 生产配方 ６４ 项 目 ２ 试验配方 生产配方 门尼粘度［ＭＬ（１＋４）１０Ｏ℃］ 门尼焦烧时间（１２７℃） 拉断伸长率／％ 拉断永久变形／％ ６５９ ６９７ ６８ Ｉ ５６２ ５２３ ５３９ １８ １９ １４ １４ １２ １４ ｔｓ／ｍｉｎ ｔ３ｓ／ｍｉｎ １９．４ ２３．１ １．５ ２１．６ ２８．３ ２．１ 回弹值（２３℃）／％撕裂强度／（ｋＮ・Ｉｎ ）４９ ４６ ４３ ６０ 硫化仪数据（１６Ｏ℃） ／（ｄＮ・Ｉ１３） ＤＩＮ磨耗量／ｅｒａ 压缩疲劳温升”／℃ ０．１１ ３ ２７．１ ０．１２４ ２９．３ Ｍ．／（ｄＮ・ＩＴＩ） ｔｌ０／ｍｉｎ ｔｓｏ／ｍｉｎ ｔ９ｏ／ｍｉｎ １４．１ ２．３ ４．２ ７．８ １６．２ ２．６ ４．５ ８．５ ＤＭＡ参数 玻璃化温度／℃ ｔａｎ６ ０℃ ０．４２８ ０．４０１ 一３５．４ —３１．３ ｆ９０一ｔｌｏ／ｍｉｎ ５．１ ５．９ ６Ｏ℃ Ｏ．１４５ ０．２２５ 第１０期 张俊伟等．溶聚丁苯橡胶２５６４Ｓ在冬季轿车子午线轮胎胎面胶中的应用研究 ５９５ 续表３ 项 目 ２ 试验配方 １５ ２０ １．１４ ２５ 生产配方 １５ ２Ｏ １．１５ 项 目 ２ 试验配方 生产配方 硫化时间（１６０℃）／ｒａｉｎ 密度／（Ｍｇ・ｍ ） ２５ １Ｏ０℃×４８ ｈ热老化后 ３００％定伸应力／ＭＰａ ８．９ １２．０ 邵尔Ａ型硬度／度 ０℃ ２３℃ ３００％定伸应力／ＭＰａ 拉伸强度／ＭＰａ 注：同表２。 ５５ ５８ ５５ ５６ ６３ ７１ ６５ ６５ 拉伸强度／ＭＰａ 拉断伸长率／％ 拉断永久变形／％ 撕裂强度／（ｋＮ・ｍ ） １５．５ ５５４ ７ ３６ １６．８ ４２５ ６ ４８ ６．１ ６．３ ６．７ ９．４ ９．９ ９．６ １６．５ ｌ７．４ １７．１ ｌ９．０ １８．７ １８．４ 表４ １８５／６０Ｒ１４ ８８Ｈ成品轮胎室内性能试验结果 项 强度试验 压头速度／（ｍｍ・ｍｉｎ ） ５０ ５０ 目 试验轮胎 生产轮胎 项 损坏情况 高速性能试验 目 试验轮胎 完好 ２１０ １０ 生产轮胎 完好 ２１０ １０ 试验结束点破坏能／Ｊ 耐久性试验 ６３８ ６４３ 最高行驶速度／（ｋｍ．ｈ ） 行驶时问／ｍｉｎ 转鼓速度／（ｋｍ・ｈ ） 累计行驶时间／ｈ １２０ ３４ １２０ ３４ 损坏情况 完好 完好 能良好。 ３ 结语 和耐低温性能较好，有利于改善冬季轮胎的行驶 安全性能。 利用该胶料生产的成品轮胎投放中国东北和 北美地区后，用户普遍反映产品在冰雪地面上的 在冬季轿车子午线轮胎胎面胶中应用 ＳＳＢＲ２５６４Ｓ，胶料的物理性能有一定下降，但是可 以充分发挥ＳＳＢＲ与白炭黑结合能力强的特点，调 整炭黑／白炭黑的并用比例，使胶料的抗冰滑性能 操控性能优良，制动性能极佳，提高了我公司冬季 轮胎产品的市场竞争力。 收稿日期：２０１６—０４—１８ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＳＳＢＲ２５６４Ｓ ｉｎ Ｔｒｅａｄ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｏｆ Ｗｉｎｔｅｒ Ｐａｓｓｅｎｇｅｒ Ｃａｒ Ｒａｄｉａｌ Ｔｉｒｅ ＺＨＡＮＧ Ｊｕｎｗｅｉ，ＸＩＯＮＧ Ｇｕｏｈｕａ，Ｌ１Ｄｏｎｇ， ＷＡＮＧ Ｔｉｎｇｈｕａ，ＬＩＵＸｉａｏｑｉｎｇ，ＤＡＩ Ｍｉｎｇｌｉ Ｊｉａｎｙａｎｇ ６４１４０２，Ｃｈｉｎａ） （Ｓｉｃｈｕａｎ Ｈａｉｄａ Ｒｕｂｂｅｒ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ Ｌｔｄ，，Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚｅｄ ｓｔｙｒｅｎｅ—ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ（ＳＳＢＲ）２５６４Ｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｃａｒ ｒａｄｉａｌ ｔｉｒｅ ｗａｓ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ，ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＳＳＢＲ２５６４Ｓ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚｅｄ ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｓｔｙｒｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ（ＥＳＢＲ）１ ７２３，ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｂｌａｃｋ ｃａｒｂｏｎ／ｓｉｌｉｃａ ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｔｒｅａｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ，ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｏｆ ｔｒｅａｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｗａｓ ｌｏｗｅｒｅｄ，ｔｈｅ ｍｏｄｕｌｕｓ ａｔ ３００％ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ，ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｔ ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（０℃）ｗａｓ ｓｍａｌｌ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒｅａｄ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ ｇｏｏｄ ｗｅｔ ｓｋｉｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｌｏｗ ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｉ＇ｏｐｅｒｔｙ ｗａｓ ｇｏｏｄ．Ｔｈｅ ｔｒｉａｌ １ ８５／６０Ｒ１４ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｃａｒ ｒａｄｉａｌ ｔｉｒｅ ｐｏｓｓｅｓｓｅｄ ｇｏｏｄ ｈｉｇｈ ｓｐｅｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｅｎｄｕｒａｎｃｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎｄ ｈａｄ ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｓｎｏｗ ｇｒｏｕｎｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚｅｄ ｓｔｙｒｅｎｅ—ｂｕｔａｄｉｅｎｅ ｒｕｂｂｅｒ；ｗｉｎｔｅｒ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ｃａｒ ｒａｄｉａｌ ｔｉｒｅ；ｌｏｗ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｉｃｅ—ｓｋｉｄ—ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｒｏｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ