作者：Brendan Rodgers, Robert N.Webb, Weiqing Weng 最近15年中轮胎性能发生了巨大的改进。车轮踏面磨损和摩擦显著增强，滚动阻力减少，以及耐久性的提高使高质量产品的开发成为可能。尽管对设计作出了一些改变并引进新型增强材料，许多主要的改进还是归因于二氧化硅胎面胶、功能化和偶联溶液型SBR的引进以及胶料老化和抗硫化返原性的提高。 本研究工作的焦点是轮胎的内衬层。报道的气密性的提高可以允许通过轮胎的使用
作者：Brendan Rodgers, Robert N.Webb, Weiqing Weng 最近15年中轮胎性能发生了巨大的改进。车轮踏面磨损和摩擦显著增强，滚动阻力减少，以及耐久性的提高使高质量产品的开发成为可能。尽管对设计作出了一些改变并引进新型增强材料，许多主要的改进还是归因于二氧化硅胎面胶、功能化和偶联溶液型SBR的引进以及胶料老化和抗硫化返原性的提高。 本研究工作的焦点是轮胎的内衬层。报道的气密性的提高可以允许通过轮胎的使用寿命、改进耐久性和更低的轮胎运转温度对轮胎的滚动阻力性能进行改良维护。因此，本研究工作以下列几个项目为中心，包括：目前行业中内衬层胶料的基准测试;确认内衬层胶料应该达到的目标属性;纳米复合内衬层的属性。 实验方法 表1列出的溴丁基模型轮胎内衬层胶料作基准测试使用。研究中使用溴丁基2222级别(门尼粘度ML 1+8规格32)和溴丁基2255级别(门尼粘度ML 1+8规格46)。内衬层中通常使用Struktol 40MS以提高工厂条件下加工性能、胶料粘合力和抗疲劳性能。典型使用的酚醛增粘树脂是SP-1068。作为替代品，Escorez 1102可以在胶料配方中代替使用而不要做任何的改性。固化体系中使用氧化锌、硬脂酸和二硫化苯并噻唑(MBTS)。 虽然2222和2255等级曾被交换使用，2255还是研究的首选，因为它是较大型轮胎内衬层的首选聚合物，例如用于重型载货汽车。含有较高粘度溴丁基的内衬层胶料有良好的湿强度，便于加工，具有改善的抗帘线刺穿性能。 结果 自从在1981年引入溴丁基以来，典型轮胎内衬层胶料的组成变化很少。尽管轮胎内衬层胶料的配方很明确，本工作中确定纳米复合内衬层应该满足的基本性质还是很适当的。 ◆ 溴丁基内衬层胶料的基准测试 在许多情况下，轮胎的内衬层胶料可能会含有天然橡胶。视轮胎生产商的情况不同，这可能有几个功能，例如提高加工性能以及内衬层与外胎的粘合力。使用表1列出的模型配方，以每增加10份的方式改变天然橡胶含量，准备了5个胶料来说明在内衬层胶料中预期得到什么样的性质。可以在网站上查到这些胶料更为完整的一套力学性质。在这里要注意以下几点： 1、 观察1到5号胶料发现，降低天然橡胶的含量导致胶料100℃的门尼粘度(ML 1+4)降低，但对125℃的门尼焦烧最小粘度几乎没有影响; 2、烧焦时间随天然橡胶含量的减少而增加，但是固化时间(t90)仅受到轻微的影响。由流变仪测量的固化状态，扭矩变化(MH-ML)不受影响，而且固化速率没有变化; 3、天然橡胶含量直到30份的所有胶料，拉伸强度、断裂生长率、300%模量和撕破强度下降的范围都很小; 4、渗透系数随天然橡胶含量的下降迅速降低。当天然橡胶的含量从40份降到10份时，渗透系数从1.740减小到0.92cc×mm/(m2?日?mmHg)。 ◆ 溴丁基和氯丁基聚合物等级的对比 实验数据还可看出，当标称门尼粘度为32的溴丁基等级2222被更高粘度的溴丁基或氯丁基橡胶所代替时预期得到的典型性质。胶料2到5的实验数据表明：固化动力学(由流变测试得到)、抗张强度和撕裂强度在预期的数值范围内。还要指出的是，4种弹性体的渗透系数在很窄的范围之内。考虑到天然橡胶对渗透的影响，卤丁基弹性体明显要好。但在这里所考虑的商业卤丁基弹性体等级中，天然橡胶对不渗透性的影响很小。 这些胶料最显著的不同就是门尼粘度，它随着弹性体粘度的增加而增加。例如说，以主要使用在重型载货汽车内衬层中的溴丁基2255(粘度是46)代替溴丁基2222(聚合物的标称粘度为32)，结果使胶料的门尼粘度从56增大到64。 ◆ 轮胎中内衬层性质 内衬层的机械性能，例如卡车轮胎中的内衬层，应该在指定的范围内下降。举例来说，如果胶料的300%模量太高而断裂伸长率很低，轮胎中的内衬层就可能会有很差的疲劳强度。如果胶料的硬度太大，轮胎中的衬层胶料就可能破裂。另一方面，如果抗张强度太低，轮胎中内衬层的耐久性就可能不够，耐磨性会很低，轮胎就不可能被二次翻新，结果是浇铸使用寿命缩短。 我们分析了42种载重轮胎的内衬层，将内衬层胶料的抗张强度和硬度制成表格。表2对数据进行总结。 现在可以定义一套纳米复合内衬层应该具备的目标性质。因此，无论使用哪种聚合物，轮胎胶料的抗张强度、断裂伸长率和300%模量应该分别具有10MPa、700%和4.0MPa的数量级。就配方1-5的实验数据而言，抗张强度高(大于11.5MPa)而断裂伸长率低于650%的胶料天然橡胶含量较高，更容易渗透，因而在尝试定义一套胶料目标性质时可能会被丢弃。 1-9号天然橡胶和其他卤丁基弹性体对胶料性质的影响，抗张强度、断裂伸长率和300%模量也分别在10MPa、745%到800%和3.1到3.9MPa的范围内。这些结果使我们可以对纳米复合内衬层相对于较为传统的卤丁基胶料在轮胎中是如何发挥性能的做出评估。 ◆ 纳米复合内衬层 使用表1的模型配方混合制成聚合物-填料纳米复合物。结果可以看出，环烷油的含量有所降低，以补偿制备纳米复合物时加入的表面活性剂和其他添加剂。在配方上没有其他变化。 需要注意以下一些观察结果： 1、含有溴丁基2255的模型轮胎内衬层胶料门尼粘度值为65用纳米复合物代替溴丁基会使胶料的粘度增加到70这可能是因为在纳米复合物中，表面活性剂和聚合物链的官能团之间存在缔合作用。一般认为这种缔合作用很弱，在胶料混练循环阶段加入素炼步骤就可以轻易将其破坏; 2、对纳米复合胶料而言，固化时间t90从10分钟增加到15分钟。当向胶料中添加硅酸盐或二氧化硅时会预期发生这种变化。这种情况下，改变硬脂酸的含量可以轻易调整固化时间; 3、胶料抗张强度、断裂伸长率和撕破强度都处在先前研究所确定的数值范围以内，因而不必担心轮胎中胶料的耐久性。 特别要指出的是渗透率显著减小，与溴丁基对照胶料(等级为100)或含10份或20份天然橡胶的胶料(等级分别为118和154)相比，等级为61溴丁基参考胶料和纳米复合物之间的这种差别通过传统的混合方法是无法获得的，此外，还可满足其他的混合性质要求。
