丁苯橡胶在轮胎行业中的应用及研究进展

 李祉慕

摘要:汽车拥有量日益增多，胎面胶作为汽车轮胎最重要的组成部分，应同时具备低滚动阻力、高抗湿滑性能和高耐磨性能，以控制轮胎的油耗和安全性。本文主要介绍溶聚丁苯橡胶用作轮胎胎面胶的历史发展，发展现状，以及进行前景预测。

关键词：胎面胶、溶聚丁苯橡胶、轮胎

1、概念及定义与种类

1.1概念及定义

橡胶是指具有可逆形变的高弹性聚合物材料，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状。橡胶属于完全无定型聚合物，它的玻璃化转变温度低，分子量往往很大，大于几十万。

橡胶分为天然橡胶和合成橡胶两种。天然橡胶是从橡胶树、橡胶草等植物中提取胶质后加工制成；合成橡胶则由各种单体经聚合反应而得。

合成橡胶中产量最大的丁苯橡胶也是本文主要的说明对象。丁苯橡胶（SBR）又称为聚苯乙烯丁二烯共聚物，它的物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶共同使用，广泛用于轮胎、胶带等领域。

1.2种类

丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶品种之一。按聚合工艺，丁苯橡胶分为乳聚丁苯橡胶（ESBR）和溶聚丁苯橡胶（SSBR）。

乳聚丁苯橡胶，由丁二烯、苯乙烯为主要单体，配以其他辅助化工原料，在一定工艺条件下，经乳液法聚合首先生成丁苯胶浆，脱除胶浆中未转化的单体后，再经凝聚、干燥等工序而生产出产品胶。乳聚丁苯橡胶是合成橡胶中消费量最大的胶种，乳聚丁苯橡胶产品分为通用品种和特殊品种两大类。 通用品种有1000、1500、1600、1700、1800和1900 共计6个系列， 其牌号多达数百种。特殊品种包括液体丁苯橡胶、高苯乙烯丁苯橡胶、丁苯吡橡胶和羧基丁苯橡胶等。

溶聚丁苯橡胶，由丁二烯、苯乙烯为主要单体，在烃类溶剂中，采用有机锂化合物作为引发剂，引发阴离子聚合制得的聚合物胶液，加入抗氧剂等助剂后，经凝聚、干燥等工序而生产出产品胶。溶聚丁苯橡胶具有耐磨、耐寒、生热低、收缩性低、色泽好、灰分少、纯度高以及硫化速度快等优点，兼具有滚动阻力小，抗湿滑性和耐磨性能优异等优点，在轮胎工业，尤其是绿色轮胎、防滑轮胎、超轻量轮胎等高性能轮胎中具有广泛的应用。

丁苯橡胶的种类中除了乳聚丁苯橡胶和溶聚丁苯橡胶外，还有粉末丁苯橡胶。粉末丁苯橡胶（简称PSBR），是在乳聚丁苯橡胶的基础上接枝其它单体，添加防老剂和隔离剂，专为改性沥青生产的一种粉末丁苯橡胶，它除了具有丁苯橡胶显著改善沥青的低温性能特点外，粉末丁苯橡胶还能明显改善沥青的高温性能。

2、历史发展

随着社会的发展，汽车拥有量的增多，轮胎产业也迎来了新的生机、新的挑战和新的竞争。面对国外那些拥有百年历史的轮胎品牌，我国的本土轮胎产业就略显年轻，并且轮胎企业有着独特的排他独占性，所以企业发展的初期都面临着巨大的挑战，要想有效解决这样的现状，就要努力做好产品研发，完善生产线。

我国的轮胎企业也在努力进行科技创新和产品研发。早在1998年，林裔珍等人发表的《溶聚丁苯橡胶在轮胎中的应用研究》中指出，随着社会的发展，人们对于轮胎的安全和节能方面有了新的要求。为满足人们对于轮胎的这些需求，林裔珍等人发现虽然目前我国的轮胎生产中，胎面用轮胎是以天然橡胶（NR）、顺丁橡胶（BR）和乳聚丁苯橡胶（E-SBR）为主，但是溶聚丁苯橡胶（S-SBR）的综合性能是介于乳聚丁苯橡胶（E-SBR）和顺丁橡胶（BR）之间的。E-SBR用作胎面时，由于滚动阻力大，所以安全性能良好，但是轮胎在高速行驶过程中，产生的热量很高，就会更容易造成轮胎损坏。而BR作为轮胎胎面时虽然拥有了耐磨耗和滚动阻力小的优点，但是它的抗湿滑性能比较差，而且后期老化速度快，耐不住尖锐物体的刺扎，容易造成崩花掉块的结果。这两种材料都有其优越性和不足的地方，而林裔珍等人提出的S-SBR这种材质的基本性能良好，能够满足作为胎面的需求。S-SBR的滚动阻力小，抗湿滑性能好，轮胎行驶过程中产生的能量较低并且具有优良的弹性，所以目前成为了优秀的轮胎用橡胶品种，这种材质制成的轮胎可以有效保障轮胎的安全性以及节能效果。

满足人们需求的同时，林裔珍等人也发现S-SBR混炼胶能够很好地满足生产工艺的需要。S-SBR混炼时，炭黑、配合剂分散均匀，混炼功率小，混炼胶温升低。溶聚丁苯橡胶能够与天然橡胶有良好的相容性，在混炼胶挤出的时候，无论在哪种挤出温度和剪切速率下，都具有非常优秀的工艺性能。除此以外，S-SBR混炼胶的硫化性能也很好，因为S-SBR混炼胶的门尼焦烧时间长，硫化速度快，硫化平坦性好，所以更能够满足生产方面的需要。

除此以外，林裔珍等人通过试验还发现S-SBR用于轮胎胎面的时候有较明显的节油效果，因为S-SBR混炼胶优越的性能使得胶料挤出膨胀率小，而且挤出物的表面光滑，如果按照正常的工艺进行的话，会使得轮胎行驶里程数更高，在潮湿路面的刹车距离也会相应变短，这是证明S-SBR有节油效果的一个原因。林裔珍等人在对S-SBR硫化体系、补强体系以及加工工艺等方面进行大量试验，发现S-SBR用于制作的高速度子午轮胎拥有明显节油效果。

正是由于溶聚丁苯橡胶如此优秀的性能，这才奠定了后人对它的进一步的研究。

3、发展现状

21世纪的中国迎来了巨大的变革，人才济济，国家繁荣昌盛。《2018年中国轮胎行业总体发展情况及行业发展趋势分析》指出，中国品牌玛吉斯成为全球轮胎企业第八名。得到这样的荣誉离不开一代代高分子研究者们的辛勤付出，他们也没有因此而止步。

宁朝晖、张建国和张爱军三人在《充油溶聚丁苯橡胶在高性能轮胎胎面胶中的性能研究》中指出：为了满足人们对于高性能轮胎的需求，他们研究了填充不同环保橡胶油的溶聚丁苯橡胶在高性能轮胎胎面胶中的性能，他们将原材料SSBR分别编号为A，B，C，D，E，F，G，H和I（ZG-SSBR），并向其填充不同品种的环保橡胶油，进行一系列的性能测试，发现SSBR在进行门尼粘度测试中，无论时间有多长，E样品在剪切力的作用下门尼粘度几乎没有变化，同样的在剪切力的作用下，I样品的门尼粘度就会随着时间延长而呈现下降趋势。这两组实验对比非常明显，这就说明了ZG-SSBR在剪切力地作用下，生胶具有触变性，也具有粘性流动性。在混炼测试中发现A-D样品胶料的升温速度较慢，需要延长混炼时间，而ZG-SSBR胶料的升温速度较快，可以很快达到混炼所需要的温度，密炼机的转子负荷较大，这就说明ZG-SSBR更符合人为操控的意愿，与白炭黑混合使用时也更有利于产品加工。在其他性能测试实验中，ZG-SSBR表现都挺优秀，都符合国家对于轮胎性能的标准，因此用ZG-SSBR胶料制备的胎面胶具有较好的物理性能，较低的滚动阻力和优良的抗湿滑能力，ZG-SSBR是高性能绿色轮胎的理想材料。

除了向丁苯橡胶中加入环保橡胶油的创新之举外，陈勇前，何庆等人发现将甲基乙烯基硅橡胶和溶聚丁苯橡胶混合使用会有效提高轮胎的相关性能。他们在2019年联合发布了《甲基乙烯基硅橡胶/溶聚丁苯橡胶并用胶在轮胎胎面胶中的应用研究》，文章指出：目前高性能胎面胶主要以通过分子结构优化设计制备的溶聚丁苯橡胶作为主体橡胶，硅烷偶联剂改性白炭黑作为主要填料，而硅橡胶也具有极为柔顺的分子主链，具有优异的耐候和耐老化性能，所以陈勇前等人进行硅橡胶和丁苯橡胶并用胶的研究。在硫化特性、物理性能和动态热机械分析（DMA分析）三个方面对比甲基乙烯基硅橡胶（MVQ）/SSBR并用胶和SSBR胶料的性能，发现MVQ与SSBR的共硫化程度才是影响其并用胶性能的关键因素，陈勇前等人通过加入相容剂T来改善共硫化程度，虽然并用胶与过渡胶的粘合性能稍次于SSBR胶料，但是也符合要求，并且并用胶和过渡胶在剥离过程中产生了有效的共交联。在物理性能方面，并用胶的耐磨性能更好，压缩生热更低，也更满足轮胎行业对于高性能轮胎胎面胶的需求。DMA分析也就是动态热机械分析，测量黏弹性材料的力学性能与时间、温度或频率的关系。陈勇前等人通过DMA分析发现加入MVQ可以降低SSNR胎面胶的滚动阻力。所以加入MVQ虽然未使得甲基乙烯基硅橡胶/SSBR并用胶的硫化性能和物理性能有明显的改善或提高，但是却提高了胶料的耐磨性能，降低了生热和滚动阻力，更符合轮胎产业对于胶料性能的要求。

4、发展前景

世界SBR行业仍将稳步发展，亚洲仍是未来产能和消费发展的重点。新增产能将以SSBR为主，总体消费结构变化不大，绿色、环保、节能轮胎的发展将影响SBR产品供应结构，未来ESBR的消费量将不断减少，符合高性能要求的SSBR才是未来发展的主要方向。但是我国的SBR产业仍然面临以下问题：产能过剩，装置开工率较低，技术有待加强。所以今后应该注重现有装置的技术提升，慎重扩建或新建生产装置，将重点转移到产品差别化和专业化上。从本质上来说，解决丁苯橡胶原料问题，要不断提高产品质量，降低生产成本，积极扩大出口，以化解国内产能过剩的矛盾。只有解决好丁苯橡胶原料市场的问题，才能更好地将溶聚丁苯橡胶应用在轮胎上，从而促进我国本土轮胎企业的发展。

为了提高轮胎的耐磨性能，改善轮胎的力学性能，在轮胎制作中加入炭黑使之成为黑色，现如今，人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾正在逐步化解，很多人不考虑价格想要找到绚丽的色彩轮胎，但是市场上几乎没有这样的彩色轮胎，所以这对于轮胎企业来说是一个契机；此外如何防止轮胎在大热天爆胎，制造出可以在铁钉上平稳行驶的高性能轮胎都是急于解决的问题，也是未来轮胎企业发展的前景。

随着我国汽车及轮胎产业的发展，溶聚丁苯橡胶市场面临发展机遇，国家轿车子午线轮胎的需求量会大大增加，但是受到国外高性能轮胎品牌的冲击，我国本土轮胎企业要保持乐观的态度去努力发展，持续提高轮胎子午化率，进一步增强产业集中度，进一步提高自主创新能力。我国轮胎行业通过对引进技术的消化吸收，产品的技术含量已有大幅提高。但是我国轮胎企业自主创新能力较弱，技术研发整体水平偏低，产业整体基础研究薄弱，技术标准仅局限于轮胎产品本身，生产工艺过程控制及装备与国际先进水平相比尚有差距，技术标准和检验方法有待提高和完善，所以这些方面都是轮胎企业未来可以关注发展的。

除此以外，轮胎企业可以充分利用品牌营销，用好自媒体、网络直播等新兴产业，提高自己品牌的知名度；也需要提升服务，使企业集团化，努力提升企业内部的凝聚力，让每一位员工都以企业为骄傲，愿意为了企业的发展去努力；当然最重要的是要打牢根基，努力做好产品研发，完善产品线。只有自身实力真正过硬，自己的产品拿得出手，才是最好的销售广告。

5、参考文献

【1】林裔珍 陈鼎希 李书琴 曹香珠 《溶聚丁苯橡胶在轮胎中的应用研究》1998-09-13

【2】《2018年中国轮胎行业总体发展情况及行业发展趋势分析》2018

【3】宁朝晖 张建国 张爱军 《充油溶聚丁苯橡胶在高性能轮胎胎面胶中的性能研究》2016-06-10

【4】陈勇前 何庆 杨林 胡潇然 黄强 吴友平《甲基乙烯基硅橡胶/溶聚丁苯橡胶并用胶在轮胎胎面胶中的应用研究》2019-03-21