胎面胶中抗湿滑性能检测方案

橡 胶 工 业2009年第56卷412 第7期王元霞等. SSBR 胎面胶抗湿滑性能研究413 SSBR 胎面胶抗湿滑性能研究 王元霞，吴友平"，赵素合 (北京化工大学先进弹性体研究中心，北京 100029) 摘要：研究炭黑和白炭黑补强溶聚丁苯橡胶(SSBR)胎面胶的抗湿滑性能，并分析抗湿滑性能的影响因素。结果表明，在一定温度和速度范围内，白炭黑补强 SSBR 胎面胶抗湿滑性能优于炭黑补强 SSBR 胎面胶；仅采用动态粘弹性能表征胎面胶的抗湿滑性能是不完善的，抗湿滑性能受温度、速度和胶料硬度等的影响，是润滑作用和动态粘弹性能等共同作用的结果。 关键词：溶聚丁苯橡胶；炭黑；白炭黑；胎面胶；抗湿滑性能 中图分类号：TQ333.1；TQ330.38 文献标识码：A 文章编号：1000-890X(2009)07-0412-05 通常认为，胎面胶的抗湿滑性能与其滞后损失、粘附作用和玻璃化温度等有关，这些都可归结到胶料的动态粘弹性能上。损耗因子(tan8)可用来表征胶料的动态粘弹性能。通常采用0℃时的 tan裱值表征胎面胶的抗湿滑性能，对于炭黑补强硫化胶，二者具有很好的相关性。 本工作研究炭黑和白炭黑补强溶聚丁苯橡胶(SSBR)胎面胶的抗湿滑性能，并分析动态粘弹性能在表征胎面胶抗湿滑性能上的局限性，以期为绿色轮胎胎面胶抗湿滑性能的研究提供参考。 实验 1.1 主要原材料 锡偶联 SSBR，牌号2305，中国石化北京燕山分公司产品；沉淀法白炭黑，牌号 Tokusil 255，江西南吉化学工业有限公司产品；偶联剂 Si69，南京曙光化工集团有限公司产品。 1.2 试验配方 试验配方如表1所示。 1.3 主要设备与仪器 160 mm×320 mm开炼机，广东湛江机械厂产品；25t电热平板硫化机，上海橡胶机械厂产品；Haake流变仪，美国ThermoElectron公司产 ( 作者简介： 王 元霞(1984-)，女，山东莱芜人，北京化工大学在读博士研究生，主要从事橡胶纳米改性和胎面胶性能的研究。 ) ( *通讯联系人 ) 表1 试验配方 份 组 分 配方编号 3# 白炭黑 0 炭黑 N234 0 50 偶联剂 Si69 3 3.6 0 促进剂D 1.25 1，6 0.6 促进剂 DM 0 0 1.2 促进剂 CZ 1.5 1，5 0 注：配方其余组分和用量为 SSBR 100，氧化锌 3，硬脂酸 2，防老剂 4010NA 1，石蜡 1，芳烃油 10，硫黄 1.5.品；P3555B，型硫化仪，北京环峰化工机械实验厂产品；VA3000型动态力学分析(DMA)仪，法国01dB-Metravib公司产品；RPA2000 型橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；LAT-100型磨耗试验机，荷兰VMI公司产品。 1.4 试样制备 白炭黑胎面胶混炼工艺如下：首先按常规工艺在开炼机上加人生胶、白炭黑和偶联剂 Si69 混炼，然后在 Haake 流变仪中进行热处理(145℃×7 min)，使偶联剂 Si69 对白炭黑进行原位改性：最后在开炼机上依次加加其其配合剂，混炼均匀，下片。 炭黑胎面胶按常规工艺在开炼机上混炼。 胶料在平板硫化机上硫化，硫化条件为150℃×t9o. 1，5 性能测试 (1)动态粘弹性能 采用DMA仪对硫化胶进行温度扫描，测试 条件：双振幅应变 2.5%，频率 10 Hz，温度一20~+100℃. 采用橡胶加工分析仪对硫化胶进行应变扫描，测试条件：温度 60℃，频率 10 Hz. (2)抗湿滑性能 抗湿滑性能在磨耗试验验上进行，测试条件：侧倾角 16°，负荷 75 N. 2 结果与讨论 2.1 动态粘弹性能 SSBR硫化胶的tan8-温度曲线如图1所示，剪切储能模量(G')-应变(e)曲线如图2所示。 图1 SSBR 硫化胶的 tan8温度曲线1一1*配方；2一2*配方；3厂3#配方。 图22SSBR 硫化胶的 G'-Igs 曲线1一1#配方；2一3#配方。 从图1可以看出，当温度较低时，白炭黑胎面胶的 tan8 值高于等量炭黑胎面胶。分析认为，在低温下，橡胶分子链段运动能力很弱，tan值取决于能够自由运动的橡胶分子数量，炭黑形成的网络结构较完善，胶料的 Payne 效应较强(见图2)，被炭黑包围的橡胶形成包容胶，这部分橡胶分 子链无法自由运动，因此低温下炭黑胎面胶的tan8值较小；随着温度的升高，填料网络逐渐被破坏，橡胶分子链的活动能力提高，填料粒子间的摩擦作用增强，粘性损耗增大，此时炭黑胎面胶的tan8 值较大。 根据动态粘弹性能判断胶料的抗湿滑性能，从图1可以看出，0℃下白炭黑胎面胶的tano 值较小，炭黑胎面胶的 tan8值较大，因此单从0℃下的 tan8 值来看，炭黑胎面胶的抗湿滑性能优于白炭黑胎面胶。 2.2 抗湿滑性能 为了检验采用0℃下的 tano值表征硫化胶的抗湿滑性能是否合理，采用磨耗试验机定量测定白炭黑和炭黑胎面胶的抗湿滑性能，并对影响抗湿滑性能的因素进行分析。 2.2.1 速度对抗湿滑性能的影响 SSBR 硫胶胶侧向力因数与速度(v)的关系如图3所示。 图3 SSBR 硫化胶侧向力因数与速度的关系 1一1*配方；2一3#配方。试验温度为12.7℃。 从图3可以看出，随着速度的提高，炭黑胎面胶和白炭黑胎面胶的侧向力因数均先增大后减小，但白炭黑胎面胶先于炭黑胎面胶出现侧向力因数减小的趋势。而炭黑胎面胶的滚动阻力较大(见图1，60℃下 tan值较大)，其生热大于白炭黑胎面胶，这就排除了白炭黑胎面胶是由于生热导致抗湿滑性能下降的可能性。 根据时温等效原理，提高速度等效于缩短时间，缩短时间等效于降低温度，而温度降低时胶料的 tano值增大，在这种情况下采用动态粘弹性能表征抗湿滑性能是部分正确的，但白炭黑胎面胶 和炭黑胎面胶的变化趋势不完全一致。在试验范围内，白炭黑胎面胶的抗湿滑性能优于炭黑胎面胶，这与图1所示结果相矛盾，可见动态粘弹性能不是决定抗湿滑性能的惟一因素。 在湿滑状况下，胎面胶的接地部分可分为挤出水膜区、过渡区和牵引区。水分布在胎面胶与摩擦面之间，起到润滑作用，导致摩擦力减小。润滑作用可分为流体动力学润滑和边界润滑。当水膜较厚时，固体表面被凸起的水膜分开，摩擦力取决于膜的流体力学，称为流体动力学润滑。橡胶等弹性体材料会产生弹性变形，当弹性变形在流体动力学润滑中起重要作用时，称为弹性流体动力学润滑，采用LAT-100 耗耗试验机进行抗湿滑性能测试时，水膜的厚度较大，因此可以认为此时弹性流体动力学润滑占主导地位。 在挤出水膜区，挤出水膜的时间(tst)可按下式计算： 式中 Lf——挤出水膜区域的长度； u——速度； K，——与胎面形状有关的常数； W——负荷； —水的粘度： A——胎面花纹面积； f——与粗糙度有关的参数； h；——初始水膜厚度； hr——胎面胶经过后水膜最终厚度。 在过渡区，从胎面胶开始接触凸起到凸起被覆盖达到平衡的时间(ta)可按下式计算： 式中 La——过渡区的长度； p——胎面花纹密度； d——胎冠厚度； G——重力； E'——胶料的复合模量； R——路面凸起半径； P；——轮胎气压。 由式(1)和(2)可以看出，挤挤出水膜区和过渡区，随着速度的增大，Ls和La均增大，导致牵引 区长度减小，这对胎面胶的抗湿滑性能不利。但由于动态粘弹性能对抗湿滑性能也有影响，两种因素综合作用，导致在此温度下胶料的抗湿滑性能随着速度的增大而先提高后降低。 王梦蛟研究发现，在湿摩擦中白炭黑会裸露在橡胶表面，导致表面模量很高，ta较短，即白炭黑更容易刺破水膜。在过渡区，白炭黑胎面胶的界面润滑组分较多。虽然在流体动力学润滑条件下，白炭黑胎面胶在路面上的摩擦力稍小于干状态，但比同样条件下炭黑胎面胶的摩擦力大很多，因此白炭黑胎面胶的抗湿滑性能较好。 2.2.2 温度对抗湿滑性能的影响 为了研究温度对 SSBR 胎面胶抗湿滑性能的影响，测定不同温度及速度下白炭黑和炭黑胎面胶的侧向力因数，结果如图4所示。 从图4可以看出，随着温度的升高，SSBR 硫化胶的侧向力因数减小。当温度升高时，对应的 1.0 (b)3#配方 图4 SSBR硫化胶侧向力因数-温度曲线 速度(m·s~)：V0.01；◆-0.03；▲一0.1； ■一0.3；●-1. tan8值减小，侧向力因数减小，在这种情况下，胶料的抗湿滑性能随温度的变化用动态粘弹性能解释是适合的。 值得注意的是，由于胶料性质的差异，两种胶料的抗湿滑性能随温度变化的趋势并不完全相同 2.2.3 胶料硬度对抗湿滑性能的影响 1*和2*配方硫化胶的邵尔A型硬度分别为65和72度，其抗湿滑性能如图5所示。 从图5可以看出，当速度相同时，2*配方硫化胶的侧向力因数较大，即硬度较大的硫化胶抗湿滑性能较好。而这两种配方硫化胶在0℃下的tan8值基本相同(见图1)，在这种情况下采用动态粘弹性能对比两种硫化胶的抗湿滑性能是不完善的。 图5 硬度对 SSBR 硫化胶抗湿滑性能的影响 ▲一1"配方；■一2*配方。试验温度为12.7℃. 2.2.4 抗湿滑性能主曲线 根据WLF方程： 式中，lgar 为转换因子，表示时间-温度转换关系，即时温等效；C和C 为常数，Ci 取 8.86，Cz取-101.6；T为试验温度；Ts为参考温度， Ts=T+50℃=-0.5℃，T，为纯胶的玻璃化温度。以lg(arv)坐横坐标、侧向力因数为纵坐标绘制SSBR 硫化胶的抗湿滑性能主曲线(见图6)。 从图6可以看出，数据点在曲线上的分布并不均匀，这进一步说明动态粘弹性能不是影响抗湿滑性能的惟一因素；当lg(arv)较大或较小时， 图6 SSBR 硫化胶的抗湿滑性能主曲线一1*配方；▲一3*配方。 两种胎面胶的抗湿滑性能接近，但总体来说，白炭黑胎面胶的抗湿滑性能优于炭黑胎面面。 3 结论 (1)在一定温度和速度范围内，白炭黑 SSBR胎面胶抗湿滑性能优于炭黑胎面胶。 (2)仅采用动态粘弹性能表征胎面胶的抗湿滑性能是不完善的，抗湿滑性能受温度、速度和胶料硬度等的影响，是润滑作用和动态粘弹性能等共同作用的结果，这还有待进一步研究。 ( 参考文献： ) ( [1 ] Heinrich G，Rennar N，D u mler H B. 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The wet skid resistance was de-cided by lubrication and dynamic viscoelastic properties. Keywords：SSBR；carbon black；silica；tread compound；wet skid resistance 朗盛采取一系列措施应对需求下降 中图分类号：F276.7 文献标识码：D 2009年第1季度，由于全球市场状况极度低迷，朗盛公司的市场需求大幅下降。然而，由于前瞻性地采取了名为“挑战2009”的一系列措施，朗盛公司仍取得了良好的运营业绩。公司预计，由于需求复苏以及“挑战2009”系列措施正面效应的不断显现，第2季度的业务运营将进一步好转。 2009年第1季度，朗盛公司销售额与2008年同期相比下降31.3%，约为10.54亿欧元，扣除产品线调整和汇率因素的积极影响，一季度销售额同比下降37.9%。产品销售量则下降了36.1%。常规业务范围内的税息折旧及摊销前利润下降了70%，约为6600万欧元。常规业务范围内的税息折旧及摊销前利润的边际增长率为6.3%，而2008年同曾曾达到14.3%。由于受到原材料价格下跌的影响，朗盛公司不得不再次减记库存产品价值，账面损失额约为4000万欧欧。 朗盛公司管理董事会主席贺德满博士表示，公司所有业务部门都受到全球经济危机的不利影响，市场需求下降了35%，为历史最大降幅。然而，由于迅速出台了大规模的“挑挑2009”系列昔施，公司仍然取得了良好的运营业绩——收益几乎达到2008年同期极高水平的1/3。 “挑战2009”由包括降低员工奖金和减少工作时间在内的一系列技术措施组成。通过执行这 些措施，朗盛公司计划在2009和2010年每年减少2.5亿欧元的成本。这套措施的突出特点是采取了灵活的全球工厂管理手段。朗盛公司由规模较小的业务部门组成，工厂网络遍布全球，可灵活调整重点产品的生产，因此可根据客户需求的变动情况做出快速响应。换言之，这种灵活的结构也使朗盛公司能够维持其“价格优于销量”策略。此外，公司还推迟了许多计划在2009年执行的大型项目，节省了高达1亿欧元的资本支出。由于采取了灵活的全球生产流程管理措施以及其它节约成本措施，朗盛公司将盈亏平衡点降低了至少10个百分点。 在大中华区，朗盛公司2009年第1季度销售额为8480万欧元，与2008年同期的1.164亿欧元相比下降约27%。扣除汇率和业务剥离/整合因素的影响，销售额下降幅度接近36%。朗盛公司大中华区总裁柯茂庭先生表示：“虽然现在判断中国经济是否已经触底还为时过早，但朗盛大部分业务的市场需求都呈现出增长态势。在这充满挑战的经济环境中，我们有信心保持稳定的收益，这也是朗盛快速行动、降低成本和严格管理业务所带来的积极效应。” 由于当前客户所处行业的发展形势仍不明朗，朗盛公司目前仍然无法对2009年全年的业务发展做出具体预测。可以预计的是，2009年朗盛公司的销售额和收益都将低于2008年水平。 ( (本刊编辑部 黄丽萍) )