高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617在缺气保用轮胎
胎侧支撑胶中的应用
倪海超，陈建军，薛彬彬，张 鸣
（山东华盛橡胶有限公司，山东广饶257300）
摘要：研究高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617在缺气保用轮胎胎侧支撑胶中的应用。结果表明：高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617代替钕系顺丁橡胶（NdBR）具有较好的补强增硬效果，胶料硬度、100%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度提
高，生热降低，抗湿滑性能较好；高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617作为胎侧支撑胶主体材料试制的成品轮胎零气压耐久
性能提高9%，成品轮胎室内性能测试结果均满足国家标准要求，且优于采用NdBR的轮胎。
关键词：高顺式聚丁二烯复合橡胶；缺气保用轮胎；胎侧支撑胶；硬度；生热；抗湿滑性能；零气压耐久性能
中图分类号：TQ332；TQ336.1        　文章编号：1006-8171（2021）05-0299-04
文献标志码：A                  DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2021.05.0299OSID开放科学标识码（扫码与作者交流）
近年来，为适应汽车产业节能减排的新时代、新形势下的发展需求，越来越多的汽车企业在高性能乘用车开发时选择采用缺气保用轮胎取代T 型轮胎（备胎），T型轮胎的取消可以实现汽车的轻量化和节能减排。
缺气保用轿车子午线轮胎（又称防爆轮胎）能在缺气或完全漏气的情况下，仍以正常时速（如80 km·h-1）安全行驶80 km左右的里程。自体支撑型是缺气保用轮胎的主流类型，其胎侧支撑胶是缺气保用轮胎中的重要部件，在缺气状态下产生屈挠变形，以缓冲路面起伏不平带来的冲击，同时起到承受汽车自身质量的作用，在这种状态下运行，对缺气保用轮胎胎侧支撑胶的耐屈挠性能和生热提出了更高的要求[1]。
目前我国大部分轮胎企业在缺气保用轮胎中使用牌号为CB24和CB22的钕系顺丁橡胶（NdBR）作为胎侧支撑胶的主体材料，以使胶料具有良好的耐磨性能和弹性、较低的生热、较好的抗湿滑性能与较低的滚动阻力，符合绿轮胎的制造和应用需求[2-4]。但NdBR在使用过程中加工性能和填料分散性能较差，抗撕裂性能明显降低。
高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617是相对分子质量分布较窄的一种线性介质构成的特殊高顺式聚丁二烯
橡胶，在合成的过程中填充质量分数为0.17的聚丁二烯树脂（SPB树脂）。该橡胶具有加工性能优良，硬度大、模量高、生热低的特点，是一种具有很好应用前景的顺丁橡胶。
本工作主要研究高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617在缺气保用轿车子午线轮胎胎侧支撑胶中的应用。
1 实验
1.1 主要原材料
天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；NdBR，牌号CB24，进口产品；高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617，日本宇部兴产株式会社产品；炭黑N550，浙江德力克新材料有限公司产品；高分散性白炭黑，牌号822MP，株州兴隆新材料股份有限公司产品。
1.2 配方
与生产配方相比，试验配方用50份高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617等量替代NdBR，如表1所示。
1.3 主要设备和仪器
X（S）M-1.5X（0-120）型智能实验密炼机和XK-160型开炼机，青岛科高橡塑机械技术装备有限公司产品；BB430型和BB305型密炼机，日本神
作者简介：倪海超（1989—），男，山东东营人，山东华盛橡胶有限公司工程师，学士，主要从事橡胶轮胎配方设计和材料研究工作。
E-mail：138****0505@163
户制钢公司产品；GT-7080-S2型门尼粘度仪和GT-M2000A型无转子硫化仪，高铁检测仪器有限公司产品；XL-800×800×2型平板硫化机，青岛光越机械有限公司产品；GT-TCS-2000型电子拉力机和GT-505型炭黑分散分析仪，高特威尔检测仪器有限公司产品；邵尔A型硬度计，温州山度仪器有限公司产品；DMA＋300动态力学分析仪，法国Metravib公司产品。
1.4 试样制备
1.4.1 小配合试验
小配合试验胶料混炼分两段进行。
一段混炼在密炼机中按照常规工艺进行混炼，薄通下片，停放4 h。
二段混炼在开炼机上进行，一段混炼胶和其他小料过辊6—8次，薄通6次，混炼均匀，下片备用。
终炼胶在平板硫化机上硫化，硫化条件为151 ℃/15 MPa×30 min，硫化胶停放12 h以上进行性能测试。
1.4.2 大配合试验
大配合试验胶料混炼分4段在密炼机中进行，转子转速均为40 r·min-1。
一段混炼工艺为：加入生胶、部分小料，白炭黑、30份炭黑，混炼均匀，160 ℃排胶。
二段混炼工艺为：加入一段混炼胶、剩余小料和炭黑，混炼4 min，150 ℃排胶。
三段混炼工艺为：加入二段混炼胶，混炼一定时间，145 ℃排胶。
四段混炼工艺为：加入三段混炼胶、硫黄和促进剂，混炼均匀，110 ℃排胶。
终炼胶硫化在平板硫化机上进行，硫化条件为151 ℃/15 MPa×30 min，硫化胶停放12 h以上进行性能测试。
1.5 性能测试
胶料性能按相应国家或企业标准进行测试。2 结果与讨论
2.1 理化性能
高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617的理化性能如表2所示。
表2 高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617的理化性能项目测试值企业标准
外观白
门尼粘度[ML（1＋4）125 ℃]5957～67
正己烷不溶物质量分数×10217.0
顺式-1，4丁二烯质量分数×10298.0
反式-1，4丁二烯质量分数×102  1.0
乙烯基质量分数×102  1.0
灰分质量分数×1020.30≤0.50
挥发分质量分数×1020.24≤0.50从表2可以看出，高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617的理化性能满足企业标准要求。
2.2 小配合试验
小配合试验结果如表3所示。
表3 小配合试验结果
项目试验配方生产配方门尼粘度[ML（1＋4）125 ℃]6967
门尼焦烧时间t5（125 ℃）/min15.316.6
硫化仪数据（160 ℃）
F L/（dN·m）  4.5  4.4
F max/（dN·m）47.748.9
F max－F L/（dN·m）43.244.5
t30/min  2.57  2.62
t90/min9.159.82
硫化胶性能（151 ℃×30 min）
密度/（Mg·m-3）  1.139  1.144
邵尔A型硬度/度7471
100%定伸应力/MPa  6.6  5.4
拉伸强度/MPa13.413.5
拉断伸长率/%157167
撕裂强度/（kN·m-1）4742
回弹值/%7578
炭黑分散等级86
10万次屈挠裂口无无
动态臭氧老化1）后裂口等级11
100 ℃×24 h热空气老化后
100%定伸应力/MPa7.57.2
拉伸强度/MPa12.812.3
拉断伸长率/%131150
注：1）臭氧体积分数为5×10-7，老化时间为48 h，伸长率为20%，温度为40 ℃，湿度为50%。
从表3可以看出：与生产配方胶料相比，试验配方胶料的硫化速度略快，但差异不明显；F max和
表1 配方份组分试验配方生产配方NR5050 NdBR050
高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617500
炭黑3434
白炭黑2020
偶联剂Si69  4.8  4.8
其他13.813.8
F L相当，胶料的交联密度接近；硬度、100%定伸应力、撕裂强度和炭黑分散性提高，拉断伸长率和回弹值略低，耐屈挠性能、耐臭氧老化性能和耐热老化性能相当。
2.3 大配合试验
大配合试验结果如表4所示。
从表4可以看出，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的硬度、100%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度和炭黑分散性提高，生热降低，0 ℃时的损耗因子（tanδ）较大，抗湿滑性能较好。大配合试验与小配合试验结果相当。
表4 大配合试验结果
项目试验配方生产配方门尼粘度[ML（1＋4）125 ℃]6965
门尼焦烧时间t5（125 ℃）/min17.418.3
硫化仪数据（160 ℃）
F L/（dN·m）  4.6  4.4
F max/（dN·m）47.348.1万力轮胎
F max－F L/（dN·m）42.743.7
t30/min  2.62  3.83
t90/min8.929.39
硫化条件（151 ℃×30 min）
密度/（Mg·m-3）  1.138  1.140
邵尔A型硬度/度7471
100%定伸应力/MPa  5.8    5.6
拉伸强度/MPa16.215.7
拉断伸长率/%204 214
撕裂强度/（kN·m-1）5451
回弹值/%7583
炭黑分散等级87
10万次屈挠裂口无无
压缩疲劳温升1）/℃1314
动态臭氧老化2）后裂口等级11
tanδ
－20 ℃0.4710.461
0 ℃0.1580.147
60 ℃0.1150.113 100 ℃×24 h热空气老化后
100%定伸应力/MPa7.2  6.3
拉伸强度/MPa15.614.9
拉断伸长率/%145165
注：1）冲程  4.45 mm，负荷  1 MPa，频率30 Hz，温度55 ℃；2）同表3中1）。
2.4 成品及工艺性能
用试验配方胶料试制205/45ZRF17PCR缺气保用轮胎，并通过压出、成型、硫化等工序（见图1）生产后，对经检查无异常的成品轮胎进行测试。成品轮胎室内试验结果如表5所示。
表5 成品轮胎室内试验结果
项目试验配方生产配方国家标准指标脱圈阻力/N21 53121 463≥11 1201）破坏能/J874（未穿）664（未穿）≥5851）
零气压耐久性试验累
计行驶时间/min10899≥602）
高速性能试验累计行
驶时间/min8581≥601）
注：1）GB/T 4502—2016《轿车轮胎性能室内试验方法》指标；2）GB/T 30196—2013《自体支撑型缺气保用轮胎》
指标。
（a）
密炼
（b）
压出
（c）
成型
（d）硫化
图1 试验配方胶料成品轮胎制造工序
从图1可以看出，试验配方胶料试制成品轮胎各工序生产正常，满足轮胎制造加工工艺技术要求。
从表5可以看出，与生产配方轮胎相比，试验配方轮胎的零气压耐久性能提高9%，其他性能也更优，各项指标均符合国家标准要求。
3 结论
（1）在缺气保用轮胎胎侧支撑胶中用高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617代替NdBR具有较好的补强增硬效果，胶料硬度、100%定伸应力、拉伸强度、撕裂强度提高，生热降低，抗湿滑性能较好；硫化速度略快，弹性降低。
（2）用高顺式聚丁二烯复合橡胶VCR617代替NdBR的试验配方胶料作为胎侧支撑胶试制的成品轮胎零气压耐久性能提高9%，成品轮胎室内性能测试结果均满足国家标准要求，且优于生产配方轮胎。
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收稿日期：2020-11-16
Application of High Cis-polybutadiene Rubber VCR617 in Sidewall
Support Compound of Run-flat Tire
NI Haichao，CHEN Jianjun，XUE Binbin，ZHANG Ming
（Shandong Huasheng Rubber Co.，Ltd，Guangrao 257300，China）
Abstract：The application of high cis-polybutadiene rubber VCR617 in the sidewall support compound of run-flat tire was studied．The results showed that the high cis-polybutadiene rubber VCR617 had better reinforcing and hardening effect than neodymium based cis-1，4-polybutadiene rubber（NdBR）．The hardness，modulus at 100% elongation，tensile strength and tear strength of the compound were improved by using VCR617 to replace NdBR，the heat build-up was reduced，and wet skid resistance was better.The zero pressure durability of the finished tire with high cis-polybutadiene rubber VCR617 as the main material of sidewall support compound could be increased by 9%．The indoor performance test results of the finished tire with high cis-polybutadiene rubber VCR617 met the requirements of the national standard，and were better than the finished tire with NdBR．
Key words：high cis-polybutadiene rubber；run-flat tire；sidewall support compound；hardness；heat build-up；wet skid resistance；zero pressure durability
一种弹性非充气轮胎及车辆
由上海宇航系统工程研究所申请的专利（公布号　CN 111806159A，公布日期　2020-10-23）“一种弹
性非充气轮胎及车辆”，公开了一种弹性非充气轮胎及车辆，包括轮毂、外胎圈和位于轮毂与外胎圈之间的胎体。胎体包括环形弹性件和第1弹性单元，环形弹性件设于轮毂与外胎圈之间，形成轮胎整体外部构型并在胎肩部位提供一定的支承力，环形构型保证了轮胎的径向以及侧向力学性能；第1弹性单元设于环形弹性件的内圈内，用于对环形弹性件进行支撑，进而支撑胎面以提高轮胎径向刚度。环形弹性件和第1弹性单元的弹力特性使得轮胎具备一定的减震效果，解决了现有弹性轮胎存在径向和侧向力学性能差的问题。
（本刊编辑部 马　晓）