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      端基改性溶聚丁苯橡膠對應(yīng)用性能的提高

      2016-05-21 04:06:58余志軍宋麗莉劉嘉渝
      彈性體 2016年6期
      關(guān)鍵詞:丁苯橡膠膠料硫化

      余志軍,宋麗莉,劉嘉渝

      (1.中國石化集團資產(chǎn)經(jīng)營管理有限公司 巴陵分公司,湖南 岳陽 414014;2.中國石油吉林石化公司 建修公司,吉林 吉林 132021)

      溶聚丁苯橡膠(SSBR)憑借其優(yōu)良的濕滑路面抓地性、滾動阻力小及優(yōu)異的加工性能,廣泛應(yīng)用于汽車輪胎,是現(xiàn)代綠色高性能汽車輪胎胎面膠重要原料之一[1-2]。

      SSBR采用陰離子聚合技術(shù),在聚合過程中,可以控制聚合單體的含量、丁二烯單元的微觀結(jié)構(gòu)、聚合物的鏈長、單體單元的序列分布以及聚合物鏈末端可引入反應(yīng)性官能團。在SSBR聚合物鏈末端接入極性大分子官能團,是提高SSBR綜合性能的有效手段。SSBR分子鏈末端引入極性大分子基團,可以“鈍化”SSBR大分子鏈自由末端,使填料-聚合物作用力增強,無機填料的聚集性減弱,從而改善了聚合物內(nèi)的滯后損失,降低了輪胎胎面的滾動阻力。輪胎的滾動阻力約50%是來自胎面膠的滯后損失[3-4]。SSBR大分子的黏彈性能滯后只是橡膠混煉膠料總滯后性能的一部分,重要的是,增強填料與聚合物大分子之間的作用力,降低填料與聚合物大分子之間結(jié)合與脫離的滯后損失和內(nèi)耗。為此,在聚合物分子鏈鏈末端引入既能“鈍化”分子鏈鏈端,又能增強與填料親和性的官能團,就可降低橡膠的滯后損失性能[5-8]。這對制備綠色節(jié)能輪胎具有重要意義。

      本文研究了SSBR Buna VSL4526、T3830,巴陵石化端基改性產(chǎn)品SSBR3343S和SSBR 2563S的硫化特性、物理性能、動態(tài)力學(xué)性能、耐磨性能和抗?jié)窕阅埽瑢氖耂SBR領(lǐng)域研究的技術(shù)人員具有指導(dǎo)意義。

      1 實驗部分

      1.1 原料

      SSBR:產(chǎn)品規(guī)格見表1;順丁橡膠:牌號BR9000,齊魯石化公司產(chǎn)品;白炭黑:牌號Zeosil1165MP,法國羅地亞公司產(chǎn)品;硅烷偶聯(lián)劑Si75:南京曙光化工集團有限公司產(chǎn)品;其它材料均為行業(yè)內(nèi)通用產(chǎn)品。

      表1 SSBR產(chǎn)品規(guī)格

      1) 填充油和混煉所用的操作油均為荷蘭shell公司生產(chǎn)的TDAE油。

      1.2 儀器設(shè)備

      XSM-500橡塑實驗密煉機:上海科創(chuàng)橡塑機械設(shè)備有限公司;D160 mm×320 mm兩輥開煉機:上海輕工機械技術(shù)研究所;25 t電熱平板硫化機:上海橡膠機械廠; MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀:美國阿爾法科技有限公司;RPA 2000型橡膠加工分析儀:美國阿爾法科技有限公司;BR1600型密煉機:美國Farrel法雷爾-金輪科技有限公司;橡膠應(yīng)力應(yīng)變試驗機和毛細管流變儀:美國Dynisco儀器儀表有限公司;動態(tài)黏彈譜分析儀:德國GABO公司;Tensometer2000型拉力機:美國阿爾法科技有限公司。

      1.3 實驗配方

      實驗配方為:SSBR 96.25 g,BR9000 30 g,白炭黑(1165 MP) 80 g,操作油TDAE 11.25 g,炭黑N330 6.4 g,偶聯(lián)劑Si75 6.4 g,氧化鋅3.0 g,硬脂酸 2.0 g,防老劑6PPD 4020 1.5 g,石蠟1.0 g,促進劑N-環(huán)已基-2-苯駢噻唑次磺酰胺(CZ) 1.5 g,DPG 2.0 g,硫黃 2.1 g,二硫化四芐基秋蘭姆(TBzTD) 0.2 g。

      1.4 試樣制備

      橡膠膠料的混煉按GB/T 8656—1998《乳液和溶液聚合型苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)評價方法》中的方法B進行,初混用密煉機,終混用開煉機。

      1.5 性能測試

      1.5.1 流變特性

      混煉膠流變特性采用毛細管流變儀測試。

      1.5.2 動態(tài)力學(xué)性能

      應(yīng)變掃描:膠料的應(yīng)變掃描曲線采用橡膠加工分析儀RAP2000測試。

      溫度掃描:硫化膠的溫度變化掃描曲線采用動態(tài)黏彈譜儀DMA測試,試樣樣片規(guī)格為15 mm×8 mm×2 mm。實驗條件:溫度范圍為-50~80 ℃,升溫速率為2 ℃/min,頻率為20 Hz,應(yīng)變?yōu)?7±0.25)%。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 混煉膠性能

      4個膠樣的硫化特性如表2所示。

      表2 4個膠樣的硫化特性

      從表2可以看出,SSBR3343S和SSBR2563S比T3830和VSL 4526具有較快的硫化速度,較好的焦燒安全期。

      2.2 硫化膠性能

      2.2.1 物理性能

      4個膠樣硫化后的物理性能及耐老化性能如表3所示。

      表3 4個膠樣硫化后物理性能

      從表3中可知,經(jīng)過端基改性的SSBR3343S和SSBR2563S的拉伸強度、回彈性、撕裂強度和耐磨耗性能均優(yōu)于同類未經(jīng)過端基改性的T3830和VSL4526。300%定伸應(yīng)力與100%定伸應(yīng)力的比值為判斷填料相互作用的一個量度,該比值越高,聚合物與填料相互作用越強。從表3可知,SSBR3343S和SSBR2563S與填料的結(jié)合效果更好,也可看出,通過端基改性的膠料其硫化膠力學(xué)性能提高很明顯。

      2.2.2 動態(tài)力學(xué)性能

      用動態(tài)黏彈譜儀進行溫度掃描測試,4個膠樣的硫化膠的損耗因子tanδ-溫度曲線如圖1所示,動態(tài)力學(xué)性能數(shù)據(jù)如表4所示。

      溫度/℃圖1 硫化膠損耗因子tan δ-溫度關(guān)系曲線

      表4 硫化膠動態(tài)性能力學(xué)性能數(shù)據(jù)

      從圖1可知,SSBR3343S和SSBR2563S比T3830和VSL4526損耗因子的峰高增加,說明體系內(nèi)滯后降低。從表4可知,SSBR3343S和SSBR2563S在0 ℃時,損耗因子tanδ比T3830和VSL4526大,說明SSBR3343S和SSBR2563S具有更好的抗?jié)窕妥サ匦阅堋?/p>

      4個膠樣硫化膠(硫化條件為160 ℃×15 min)的儲能模量(G′)-應(yīng)變(ε)曲線如圖2所示。

      ε

      ε圖2 硫化膠的G′-ε曲線

      由圖2可知,隨著ε的增大,硫化膠的G′呈非線性趨勢減小,此現(xiàn)象被稱為“Payne效應(yīng)”,這主要與聚合物基體與填料的相互作用有關(guān)。研究Payne效應(yīng)可分析炭黑填充膠料中形成的炭黑網(wǎng)絡(luò)情況,從而得到炭黑填充膠黏彈性的應(yīng)變依賴性[9-11]。從圖2可以看出,SSBR3343S和SSBR2563S的ΔG′比VSL4526和T3830要小,即前兩者的Payne效應(yīng)更低。Payne效應(yīng)低,說明填料和聚合物之間的相互作用力更強,填料的分散性更好,說明通過端基改性的SSBR與填料的結(jié)合效果更好,這與300%和100%定伸應(yīng)力的比值的結(jié)果相一致。

      3 結(jié) 論

      與未經(jīng)端基改性的VSL4526和T3830相比,SSBR3343S和SSBR2563S硫化時間短,焦燒時間較長,操作安全性能較好;提高了硫化膠的拉伸強度、回彈性、撕裂強度和耐磨耗性能;具有較少的體系內(nèi)滯后損失,較優(yōu)的抗?jié)窕阅堋?/p>

      參 考 文 獻:

      [1] 王真,趙素合,張建明.溶聚丁苯橡膠研究進展[J].橡膠工業(yè),1999,46(7):425-430.

      [2] 鄒明清,蔡人揚.溶聚丁苯橡膠在輪胎胎面膠中的應(yīng)用研究[J].輪胎工業(yè),1999,19(9):523-525.

      [3] 晉鈞,陳宏.胎面膠對輪胎滾動阻力的影響[J].輪胎工業(yè),2007,27(1):11-14.

      [4] 何燕,張忠富.輪胎滾動阻力影響因素及測試方法[J].輪胎工業(yè),2004,24(4):238-241.

      [5] 劉曉,趙素合,張興英,等.端基官能化溶聚丁苯橡膠及其復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究[J].橡膠工業(yè),2009,56(6):325-332.

      [6] WANG L,ZHAO S H.Study on the structure and properties of SSBR with large-volume functional groups at the end of chains[J].Polymer,2010,51(9):2084-2090.

      [7] LIU X L,ZHAO S H,ZHANG X Y et al.Structure and properties of solution-polymerized styrene-butadiene rubber with alkoxysilane groups on two ends/silica nanocomposites[J].China Synthetic Rubber Industry,2008,31(6):482.

      [8] LI X L,HE M L,ZHANG X Y,et al.Synthesis of solution-polymerized styrene-butadiene rubber with alkoxysilyl group on two ends[J].China Synthetic Rubber Industry,2008,31(2):155.

      [9] 王夢蛟.填充聚合物-填料和填料-填料相互作用對填充硫化膠動態(tài)力學(xué)性能的影響(續(xù) 1)[J].輪胎工業(yè),2000,20(11):670-677.

      [10] 王夢蛟.填料-彈性體相互作用對填充硫化膠滯后損失 、濕摩擦性能和磨耗性能的影響[J].輪胎工業(yè),2007,27(10):579-584 .

      [11] WANG L,ZHAO S H.Study on the structure-mechanical properties relationship and antistatic characteristics of SSBR composites filled with SiO2/CB[J].Journal of Applied Polymer Science,2010,118(1):338-345.

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