橡 胶 工 业
CHINA RUBBER INDUSTRY
962
第70卷第12期Vol.70 No.12
2023年12月
D e c .2023
低温改善剂在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用研究
李彦果，魏 胜，徐庆飞，仇培超，邢 涛
（山东玲珑轮胎股份有限公司，山东 招远 265400）
摘要：研究低温改善剂LTS （简称LTS ）在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用，并与液体丁二烯橡胶进行对比。结果表明：使用LTS 的胶料的硫化特性、物理性能、动态力学性能、耐低温屈挠性能与使用液体丁二烯橡胶的胶料相当，轮胎的冰雪地制动性能相近；使用LTS 替代液体丁二烯橡胶可以在保持胎面胶性能的同时降低原材料成本。
关键词：低温改善剂；液体丁二烯橡胶；半钢子午线轮胎；胎面胶；制动性能
中图分类号：TQ330.38＋7 文章编号：
1000-890X （2023）12-0962-05文献标志码：A DOI ：10.12136/j.issn.1000-890X.2023.12.0962
寒冷地区由于冬季路面覆盖较多冰雪，出于安全性的考虑，越来越多的车主选择更换冬季轮胎，为汽车提供更短的制动距离。欧洲部分国家法规强制要求车主在冬季必须更换冬季轮胎，以减少道路交通安全事故[1]
。
液体丁二烯橡胶（LBR ）是一种非常重要的橡胶材料，在军品和民品领域已得到广泛的应用[2]
，其具有较低的玻璃化温度（T g ），分子主链为聚丁二烯，分子链两端可进行连接活性基团如羟基、羧基、卤基以及环氧化等改性处理。LBR 在胎面胶中应用能降低胶料的T g ，
改善橡胶分子链在低温下的粘弹性，为轮胎提供更优异的冰雪地性能
[3-4]
。
低温改善剂由低分子有机聚合物（成分包括液体丁二烯和生物油脂类）、白炭黑及活化成分组成，外观呈粉末状，制造成本相对较低[
5-7]
。本工作主要研究低温改善剂LTS （以下简称LTS ）在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用，并与LBR 进行对比。1 实验
1.1 主要原材料
天然橡胶（NR ），STR20，泰国产品；溶聚丁苯橡胶（SSBR ），牌号F1038，充油5份，韩国LG 化学
公司产品；顺丁橡胶（BR ），牌号9000，中国石化齐鲁石油化工股份有限公司产品；高分散性白炭黑，牌号ZC -165MP ，福建省三明正元化工有限公司产品；偶联剂Si75，江西宏柏新材料股份有限公司产品；LTS ，安徽维德橡塑科技有限公司产品；LBR ，牌号130，德国赢创德固赛公司产品。1.2 配方
生产配方（质量/份）：NR 25，SSBR 52.5，BR 25，高分散性白炭黑 90，炭黑N330 10，偶联剂Si75 8，硬脂酸 2，氧化锌 3，防老剂 3，防护蜡 2，LBR 5，硫黄/促进剂 5。
试验配方用LTS 替代LBR ，其余组分及用量与生产配方相同。1.3 主要设备和仪器
GK1.5N 型密炼机，德国克虏伯公司产品；Ф200型开炼机和40 t 微机控制平板硫化机，青岛科高橡塑机械有限公司产品；MV2000型门尼粘度仪和MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；DKD -K -16801型自动硬度计，德国博锐仪器公司产品；CMT -4503型电子拉力试验机，深圳新三思材料检测有限公司产品；DMA+1000型动
作者简介：李彦果（1983—），女，河北邯郸人，山东玲珑轮胎股份有限公司高级工程师，博士，主要从事轮胎配方与材料的研究工作。E -mail ：liyanguo6666@163 引用本文：李彦果，魏胜，徐庆飞，等.低温改善剂在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用研究[J ].橡胶工业，2023，70（12）：962-966.Citation ：LI Yanguo ，WEI Sheng ，XU Qingfei ，et al.Application of low -temperature performance improver in tread compound of steel -belted
radial tire [J ].China Rubber Industry ，2023，70（12）：962-966.
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原材料·配方
第 12 期李彦果等．低温改善剂在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用研究963
态粘弹谱分析仪，法国Metravib公司产品[8]。
1.4 混炼工艺
1.4.1 小配合试验胶料
一段混炼在密炼机中进行，转子转速为80 r·min-1，混炼工艺为：生胶→压压砣30 s→提压砣→白炭黑、偶联剂Si75、炭黑、小料→压压砣→120 ℃提压砣→压压砣→145 ℃提压砣→压压砣→150 ℃保温90 s→165 ℃排胶。二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→促进剂和硫黄→薄通→下片，停放4 h。
1.4.2 大配合试验胶料
大配合试验胶料使用串联法啮合式密炼机进行混炼。上密炼机混炼工艺为：生胶→压压砣30 s→提压砣→白炭黑和偶联剂Si75→压压砣→小料→压压砣→150 ℃保温40 s→165 ℃排胶。下密炼机混炼工艺为：一段混炼胶→145 ℃保温110 s→排胶。开炼机混炼工艺为：二段混炼胶→混炼300 s→促进剂和硫黄→混炼1 200 s→排胶。
1.5 性能测试
动态力学性能按照企业标准Q/LLJ 03-JS433.1测试；耐低温屈挠性能按照GB/T 13934—2006测试；冰雪地制动性能按照ECE R117进行测试；其他性能均按照相应国家标准测试。
2 结果与讨论
2.1 LTS和LBR的理化性能
LTS和LBR的理化性能如表1所示。
表1 LTS和LBR的理化性能
Tab.1 Physicochemical properties of LTS and LBR
项 目LTS LBR
外观淡黄粉末无透明液体挥发分质量分数/% 1.80.4
灰分（550 ℃×2 h）质量分数/%320.02
旋转粘度/（mPa·s） 1 343
运动粘度/（mm2·s-1）129.1
T g/℃－105
重均相对分子质量9 617
数均相对分子质量 4 387
相对分子质量分布指数 2.19对LTS的灰分（550 ℃×2 h）进行能谱和扫描电子显微镜分析，结果分别如表2和图1所示。
由表2和图1可知，LTS灰分中O和Si元素较多，质量分数分别为59.23%和33.48%，LTS的填充材
表2 LTS灰分的能谱分析结果
Tab.2 Energy spectrum analysis results of LTS ash %
元素质量分数原子数占比
C 6.249.53
O59.2367.91
Na0.510.41
Si33.4821.87
S0.260.15
Ca0.270.
12
图1 LTS灰分的扫描电子显微镜照片Fig.1 Scanning electron microscopy photos of LTS ash 料主要为SiO2。
2.2 小配合试验胶料
2.2.1 硫化特性
小配合试验胶料的硫化特性如表3所示。
表3 小配合试验胶料的硫化特性
Tab.3 Vulcanization characteristics of compounds in
laboratory experiment
项 目试验配方生产配方
门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]3939
门尼焦烧时间t5（127 ℃）/min30.4633.06
硫化仪数据（151 ℃）
F L/（dN·m） 2.06 2.00
F max/（dN·m）11.3510.57
t10/min 5.15 5.63
t25/min 6.937.31
t90/min16.4117.88从表3可以看出，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的门尼粘度和门尼焦烧时间相当，F max增大，t10，t25和t90缩短，但在可接受范围内。
2.2.2 物理性能
小配合试验胶料的物理性能如表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、定伸应力和阿克隆磨耗指数相当，拉伸强度和拉断伸长率略降低，这可能与LTS 的填料有关[9]。从总体来看，试验配方胶料的物理性能与生产配方胶料相当。
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橡 胶 工 业 2023年第70卷
表4 小配合试验胶料的物理性能
Tab.4 Physical properties of compounds in
laboratory experiment 项 目
试验配方
生产配方
邵尔A 型硬度/度5554100%定伸应力/MPa 1.5 1.4300%定伸应力/MPa 5.7 5.8拉伸强度/MPa 14.415.5拉断伸长率/%580613阿克隆磨耗指数/%
110
109
注：硫化条件为151 ℃×30 min 。
2.2.3 动态力学性能
小配合试验胶料的损耗因子（tan δ）-温度曲线
及弹性模量（E ′）-温度曲线分别如图2和3所示。动态力学性能参数如表5所示。
从图2和3以及表5可以看出，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的0，25和60 ℃时的tan δ以及
低温下的E ′与生产配方胶料保持在相同水平。
80 60 40 20
02040
60
80
100
0.10.20.30.40.50.60.70.80.9
1.0t a n δ
ć
●—试验配方；■—生产配方。
图2 小配合试验胶料的tan δ-温度曲线
Fig.2 tan δ-temperature curves of compounds in
laboratory experiment 80 60 40 20
02040
60
80
100
1
10
1001 000
E ' M P a
ć
注同图2。
图3 小配合试验胶料的E ′-温度曲线
Fig.3 E ′-temperature curves of compounds in
laboratory experiment
表5 小配合试验胶料的动态力学性能参数
Tab.5 Dynamic mechanical property parameters of
compounds in laboratory experiment 项 目
试验配方生产配方0 ℃时的tan δ0.2180.20425 ℃时的tan δ0.1700.16260 ℃时的tan δ0.1340.128－25 ℃时的E ′17.021.0－20 ℃时的E ′
14.5
17.8
2.3 大配合试验胶料2.
3.1 硫化特性
大配合试验胶料的硫化特性如表6所示。
表6 大配合试验胶料的硫化特性
Tab.6 Vulcanization characteristics of compounds in
factory experiment
项 目
试验配方
生产配方
门尼粘度[ML （1＋4）100 ℃]4542门尼焦烧时间t 5
（127 ℃）/min 28.46
29.50
硫化仪数据（151 ℃） F L /（
dN ·m ） 2.7 2.5 F max /（dN ·m ）13.512.8 t 10/min 5.28 5.79 t 25/min 6.507.62 t 90/min
17.58
18.02
从表6可以看出，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的门尼粘度略增大，门尼焦烧时间相当，F max 增大，t 10，t 25和t 90缩短，但在可接受范围内，大配合试验与小配合试验结果保持一致。2.3.2 物理性能
大配合试验胶料的物理性能如表7所示。
表7 大配合试验胶料的物理性能
Tab.7 Physical properties of compounds in
factory experiment 项 目
试验配方
生产配方
邵尔A 型硬度/度5454100%定伸应力/MPa 1.5 1.4300%定伸应力/MPa 5.9 5.8拉伸强度/MPa
15.515.2拉断伸长率/%612622阿克隆磨耗指数/%
115
110
注：同表4。
从表7可以看出，在大配合试验中，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的硬度、定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率相当，磨耗指数略大，这是由于LTS 在改善胶料低温性能的同时有一定补强 作用[
10-11]
。
第 12 期 李彦果等．低温改善剂在半钢子午线轮胎胎面胶中的应用研究 965
2.3.3 动态力学性能
大配合试验胶料的动态力学性能如图4—5及表8所示。
80 60 40 20
020
406080100
0.1
0.2
0.30.40.50.60.70.80.9
1.0t a n δ
ć
注同图2。
图4 大配合试验胶料的tan δ-温度曲线
Fig.4 tan δ-temperature curves of compounds in
factory experiment 80 60 40 20
02040
60
80
100
1
10
100
1 000
E ' M P a
ć
注同图2。
图5 大配合试验胶料的E ′-温度曲线
Fig 5 E ′-temperature curves of compounds in
factory experiment
表8 大配合试验胶料的动态力学性能参数
Tab.8 Dynamic mechanical property parameters of
compounds in factory experiment 项 目试验配方生产配方0 ℃时的tan δ0.2120.21525 ℃时的tan δ0.1750.17360 ℃时的tan δ0.1350.136－25 ℃时的E ′17.818.8－20 ℃时的E ′
15.1
15.7
由图4—5及表8可以看出，与生产配方相比，试验配方胶料的抗湿滑性能和滚动阻力相当，大配合试验与小配合试验结果一致。2.3.4 耐低温屈挠性能
对两种配方胶料进行低温（－20 ℃）屈挠试
验。低温屈挠2×106次后试样的外观如图6
所示。
…
（a ）
试验配方
（b ）生产配方
图6 低温屈挠试验后试样外观
Fig.6 Appearances of samples after low temperature flex test
从图6可以看出，屈挠2×106次后，试验配方和生产配方试样两侧均出现微小裂纹，试验配方胶料的耐低温屈挠性能与生产配方胶料在同一水平。
2.4 轮胎的冰雪地制动性能
轮胎的冰雪地制动性能如表9所示。
表9 轮胎的冰雪地制动性能
Tab.9 Brake performances of tires on ice and snow road
项 目试验轮胎
生产轮胎冰地制动指数99100雪地制动指数
102
100
从表9可以看出，试验轮胎的冰地制动指数比生产轮胎小1%，但雪地制动指数大2%，这主要由于LTS 对胶料模量有提升作用，有利于花纹沟中的积雪及时排出[
12-13]
，
从而增强轮胎在雪地上的破雪膜能力，使雪地制动性能提高[14]
。3 结论
（1）LTS 为固体粉末，填料成分主要为SiO 2，其相比于LBR 更适用于轮胎生产。
（2）采用LTS 的试验配方胶料的硫化特性、物理性能、抗湿滑性能、滚动阻力和耐低温屈挠性能
966 橡 胶 工 业2023年第70卷
与采用LBR的生产配方胶料基本相当，试验轮胎与生产轮胎的冰雪地制动性能相近，可以满足使用要求。
（3）LTS成本比LBR低，用LTS替代LBR有利于降低胎面胶成本。
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收稿日期：2023-10-12
Application of Low-temperature Performance Improver in
Tread Compound of Steel-belted Radial Tire
LI Yanguo，WEI Sheng，XU Qingfei，QIU Peichao，XING Tao
（Shandong Linglong Tire Co.，Ltd，Zhaoyuan 265400，China）
Abstract：The application of low-temperature performance improver LTS（referred to as LTS） in the tread compound of steel-belted radial tires was studied and compared with liquid butadiene rubber（LBR）. The results showed that the vulcanization characteristics，physical properties，dynamic mechanical properties and low-temperature flex resistance of the compound using LTS were comparable to those of the compound using LBR，and the braking performance of the tire on ice and snow road was similar.Using LTS instead of LBR could reduce raw material cost while maintaining the performance of the tread compound.
Key words：low-temperature performance improver；LBR；steel-belted radial tire；tread compound；braking performance
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