加氫石油樹脂是石油裂解C5/C9餾分經(jīng)聚合、加氫精制得到的低分子量聚合物,具有高軟化點、低極性、耐候性優(yōu)異等特點,作為胎面膠增粘增韌改性劑,可通過調(diào)控膠料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(T_g)、界面相容性及動態(tài)力學(xué)性能,顯著改善輪胎胎面的抗?jié)窕阅?,同時兼顧滾動阻力與耐磨性能的平衡,是高性能綠色輪胎胎面膠配方的核心助劑之一。
一、抗?jié)窕阅艿淖饔脵C理
輪胎胎面的抗?jié)窕阅鼙举|(zhì)是胎面膠與濕滑路面的接觸面積及界面粘附力的綜合體現(xiàn),當(dāng)車輛在濕路面行駛時,胎面需快速排開接觸面的水膜,同時通過膠料的粘彈性形變與路面形成有效粘附,避免打滑。加氫石油樹脂對該性能的提升主要通過以下三方面實現(xiàn):
1. 調(diào)控膠料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度
抗?jié)窕阅芘c胎面膠的T_g密切相關(guān),通常要求胎面膠在0℃左右具有較高的儲能模量(G'),以保障濕滑路面的粘附力。
未添加樹脂的橡膠基體(如溶聚丁苯橡膠SSBR、順丁橡膠BR)T_g較低,低溫下粘彈性不足,與路面的粘附力弱;
加氫石油樹脂(尤其是C5/C9共聚加氫樹脂)自身T_g較高(20~60℃),與橡膠基體共混后,可通過分子鏈的物理纏結(jié)提升膠料整體T_g,使膠料在0℃(濕滑路面典型工況溫度)時處于粘彈態(tài)區(qū)間,形變能力與界面粘附力同步增強,從而提升抗?jié)窕阅堋?/span>
需精準控制樹脂添加量,若T_g過高,膠料會變硬發(fā)脆,導(dǎo)致耐磨性能下降。
2. 改善膠料的界面相容性與填料分散性
輪胎胎面膠通常填充大量白炭黑、炭黑等補強填料,填料的分散性直接影響膠料的動態(tài)力學(xué)性能。
加氫石油樹脂分子鏈含少量極性基團,可與白炭黑表面的硅羥基形成氫鍵,同時與橡膠分子鏈互溶纏結(jié),起到界面橋接作用,促進白炭黑在橡膠基體中的均勻分散,減少填料團聚;
分散均勻的填料網(wǎng)絡(luò)可提升膠料的內(nèi)聚強度,使胎面在濕滑路面受壓時,能保持穩(wěn)定的接觸形態(tài),避免因局部應(yīng)力集中導(dǎo)致水膜無法排出,從而增強抗?jié)窕阅堋?
3. 優(yōu)化膠料的動態(tài)粘彈性
動態(tài)力學(xué)分析(DMA)顯示,添加加氫石油樹脂的胎面膠,在0℃時的損耗因子(tanδ0℃)顯著提升——tanδ0℃是評價輪胎抗?jié)窕阅艿暮诵闹笜?,?shù)值越高,代表膠料在濕滑路面的能量耗散能力越強,粘附力越好。
同時,加氫石油樹脂的飽和分子結(jié)構(gòu)可抑制膠料的滯后損失,使膠料在60℃時的損耗因子(tanδ60℃,表征滾動阻力)不會過度升高,從而實現(xiàn)“抗?jié)窕阅芴嵘?、滾動阻力不惡化”的平衡,契合綠色輪胎的性能要求。
二、影響抗?jié)窕阅艿年P(guān)鍵樹脂參數(shù)
加氫石油樹脂的結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)直接決定其對胎面膠抗?jié)窕阅艿母纳菩Ч诵挠绊懸蛩匕ǎ?
1. 樹脂類型
C9加氫石油樹脂:芳香環(huán)含量高,與橡膠分子鏈相容性好,提升tanδ0℃的效果顯著,抗?jié)窕阅芨纳仆怀?,但過量添加會使tanδ60℃上升,滾動阻力增大;
C5/C9共聚加氫樹脂:兼具C5樹脂的柔韌性與C9樹脂的相容性,可在提升抗?jié)窕阅艿耐瑫r,保持較低的滾動阻力,是胎面膠的首選類型;
C5加氫石油樹脂:脂肪族結(jié)構(gòu)占比高,極性弱,與橡膠相容性較差,對tanδ0℃提升有限,多用于調(diào)節(jié)膠料加工性能。
2. 軟化點
樹脂軟化點需與橡膠基體的加工溫度、使用工況匹配,胎面膠用加氫石油樹脂軟化點通常為80~120℃。
軟化點過低(<80℃):樹脂在高溫加工時易熔融流失,且無法有效提升膠料T_g;
軟化點過高(>120℃):樹脂自身剛性過強,與橡膠共混后膠料硬度上升,彈性下降,耐磨性能與抗?jié)窕阅芫苡绊憽?/span>
3. 加氫度
加氫度越高,樹脂分子鏈的不飽和鍵越少,耐候性與熱穩(wěn)定性越好,同時與橡膠的相容性更優(yōu)。高加氫度(>95%)的樹脂可避免膠料在硫化或使用過程中發(fā)生氧化交聯(lián),保障膠料動態(tài)力學(xué)性能的長期穩(wěn)定,從而維持抗?jié)窕阅艿哪途眯浴?/span>
三、應(yīng)用工藝與性能平衡策略
1. 適宜添加量范圍
加氫石油樹脂在胎面膠中的添加量通常為5~15份(以100份橡膠為基準)。
添加量<5份:對膠料T_g與填料分散性改善不足,抗?jié)窕阅芴嵘幻黠@;
添加量10~12份:可實現(xiàn)抗?jié)窕阅埽?/span>tanδ0℃提升20%~30%)、滾動阻力(tanδ60℃變化<5%)與耐磨性能的良好平衡;
添加量>15份:膠料T_g過高,硬度上升,耐磨性能下降,且滾動阻力顯著增大。
2. 與其他助劑的協(xié)同作用
與硅烷偶聯(lián)劑復(fù)配:硅烷偶聯(lián)劑可增強白炭黑與橡膠的化學(xué)鍵合,加氫石油樹脂則優(yōu)化界面物理作用,二者協(xié)同可進一步提升填料分散性,使tanδ0℃再提升10%左右;
與高乙烯基含量SSBR配合:高乙烯基SSBR本身T_g較高,與加氫石油樹脂協(xié)同調(diào)控膠料粘彈性,可實現(xiàn)抗?jié)窕阅艿淖畲蠡嵘瑫r通過BR的加入補償耐磨性能。
四、工業(yè)應(yīng)用意義
在輪胎胎面膠中使用加氫石油樹脂,是解決傳統(tǒng)胎面膠“抗?jié)窕阅芘c滾動阻力難以兼顧”矛盾的關(guān)鍵技術(shù)路徑。
1. 滿足綠色輪胎的性能標準:歐盟標簽法、中國綠色輪胎認證均對輪胎的抗?jié)窕燃墸竦刈ブ笖?shù))與滾動阻力系數(shù)提出嚴格要求,加氫石油樹脂改性的胎面膠可助力輪胎達到A級標準;
2. 提升行車安全性:抗?jié)窕阅艿脑鰪娍娠@著縮短雨天制動距離,降低打滑風(fēng)險;
3. 兼顧節(jié)能環(huán)保:在提升抗?jié)窕阅艿耐瑫r,避免滾動阻力過度升高,可降低車輛油耗3%~5%,減少碳排放。
本文來源:河南向榮石油化工有限公司 http://m.jieqite.com/