加氢石油树脂在橡胶履带中的低温曲挠性改进
橡胶履带作为工程机械（如挖掘机、推土机）、特种车辆（如雪地车、军用装甲车）的核心行走部件，需在复杂工况（高低温、泥泞、碎石路面）下长期承受“承载-曲挠-摩擦”循环作用，其低温性能（尤其低温曲挠性）直接决定设备在寒冷地区（如零下20℃至零下40℃）的启动可靠性与使用寿命。低温环境下，橡胶基材易因分子链运动能力下降而变硬、脆化，导致履带在曲挠过程中出现裂纹、断裂，或因曲挠阻力过大增加能耗。加氢石油树脂作为一种新型橡胶增塑-补强改性剂，凭借“低玻璃化转变温度（Tg）、与橡胶基材高相容性、耐低温老化”的特性，可通过调控橡胶分子链动态行为与交联网络结构，显著提升橡胶履带的低温曲挠性，解决寒冷地区履带易失效的痛点。
一、橡胶履带低温曲挠性失效的核心机制
要理解加氢石油树脂的改进作用，需先明确橡胶履带在低温下曲挠性能下降的根本原因，其本质是低温环境对橡胶分子链运动与交联网络的双重抑制，具体表现为以下三个层面：
（一）橡胶分子链低温冻硬，曲挠阻力剧增
橡胶的高弹性源于分子链（如天然橡胶的顺式-1,4-聚异戊二烯、丁腈橡胶的丁二烯 - 丙烯腈共聚物）的“柔性链段运动”—— 常温下，分子链段可通过旋转、滑移适应曲挠形变；而低温下，分子热运动能量降低，链段旋转受阻，橡胶从“高弹态”向“玻璃态”转变（转变温度即玻璃化转变温度Tg）。当环境温度低于橡胶Tg时，分子链几乎丧失运动能力，橡胶硬度、弹性模量显著升高（如丁苯橡胶在-20℃时硬度较25℃提升3-4倍），履带在曲挠过程中需克服极大的内部阻力，易出现“曲挠滞后”（形变无法随外力及时恢复），甚至因应力集中导致履带本体开裂。
（二）交联网络低温刚性增强，形变适应性下降
橡胶履带的力学性能依赖于“分子链交联形成的三维网络结构”（由硫化剂如硫磺、过氧化物引发交联反应生成），常温下交联点可随分子链段运动发生微位移，为曲挠形变提供缓冲；低温下，交联点（如C-C交联键、S-S交联键）的刚性增强，无法随链段运动调整位置，导致交联网络从“柔性弹性网络”变为“刚性脆性网络”。当履带承受曲挠应力时，刚性交联网络无法分散应力，易在薄弱部位（如履带花纹根部、履带节距连接处）形成应力集中，引发微裂纹，长期循环后裂纹扩展为宏观断裂。
（三）传统增塑剂低温析出或失效，加剧性能劣化
为改善橡胶低温性能，传统橡胶履带配方中常添加石油系增塑剂（如芳烃油、环烷油）或酯类增塑剂（如邻苯二甲酸二辛酯），其作用是通过 “插入橡胶分子链间，削弱分子间作用力”提升链段运动能力。但低温环境下，这类增塑剂存在明显缺陷：一是芳烃油、环烷油的低温黏度急剧升高（-30℃时黏度较25℃提升10-20倍），反而阻碍分子链运动；二是酯类增塑剂易因低温结晶析出，失去增塑效果，同时析出的固体颗粒会在橡胶内部形成“应力点”，加速曲挠裂纹的产生。
二、改进低温曲挠性的核心机制
加氢石油树脂是由石油裂解副产物（如C5/C9馏分）经聚合、加氢精制而成的低分子量（数均分子量通常为1000-5000）热塑性树脂，其分子结构以饱和环烷烃、链烷烃为主（双键通过加氢消除），兼具“增塑作用”与“弱补强作用”，可从分子链运动、交联网络、界面结合三个维度优化橡胶履带的低温曲挠性。
（一）降低橡胶基材Tg，激活低温分子链运动
加氢石油树脂的关键优势在于极低的玻璃化转变温度（Tg通常为-40℃至-60℃） ，且分子链中不含不饱和双键（加氢后双键转化率＞99%），与橡胶基材（如丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶）的相容性优异（溶解度参数与橡胶接近，通常为8.5-9.5 (cal/cm³)¹/²）。当加氢石油树脂作为改性剂加入橡胶配方时（添加量通常为5-15份，以100份橡胶为基准），其分子可均匀分散于橡胶分子链间，通过两种方式降低橡胶Tg：
削弱分子间作用力：加氢石油树脂分子链上的烷基、环烷基基团可插入橡胶分子链间，打破橡胶分子间的氢键、范德华力，减少链段旋转的阻力；
自身柔性链段带动运动：低温下，加氢石油树脂自身的柔性链段（如长链烷基）仍能保持运动能力，可通过 “链段摩擦” 带动橡胶分子链运动，使橡胶在更低温度下仍能维持高弹态。
例如，在丁苯橡胶（纯胶Tg约-50℃，但硫化后Tg升至-30℃）配方中添加10份加氢C5石油树脂后，硫化橡胶的Tg降至-45℃以下，-30℃时的弹性模量较未添加组降低 40%-50%，分子链运动能力显著提升，曲挠阻力大幅下降 —— 低温曲挠实验（-30℃，10万次往复曲挠）显示，橡胶的永久形变从25%降至10%以下，无明显裂纹产生。
（二）调控交联网络结构，提升低温形变适应性
加氢石油树脂不仅是增塑剂，还能通过“参与交联反应”或“修饰交联点”调控橡胶的交联网络结构，避免低温下交联网络过度刚性化：
优化交联密度与交联点分布：加氢石油树脂分子链末端含少量羟基、羧基等活性基团（聚合过程残留），可与橡胶硫化体系（如硫磺-促进剂体系）中的促进剂（如次磺酰胺类）发生弱相互作用，抑制局部过度交联，使交联密度更均匀（交联点间距从5-8nm调整为8-12nm）。均匀的交联网络可在低温曲挠时更均匀地分散应力，避免应力集中；
柔化交联点周围链段：加氢石油树脂分子可吸附在交联点（如S-S交联键）周围，形成“柔性包裹层”，降低交联点的刚性。低温下，这包裹层可允许交联点发生微位移，为橡胶分子链的曲挠形变提供缓冲，避免交联网络因刚性过强而脆裂。
在顺丁橡胶履带配方中，添加8份加氢C9石油树脂后，硫化橡胶的交联密度从3.5×10²⁰个/cm³ 降至2.8×10²⁰个/cm³，且交联点分布均匀性提升30%。-25℃曲挠实验显示，履带花纹根部的应力集中系数从1.8降至1.2，15万次曲挠后仍无裂纹，而未添加组在8万次曲挠后即出现明显裂纹。
（三）增强橡胶-填料界面结合，抑制低温界面失效
橡胶履带配方中通常添加补强填料（如炭黑、白炭黑，添加量20-50份）以提升耐磨性与强度，但低温下橡胶与填料的界面结合易因分子链运动受阻而弱化 —— 填料表面的羟基、羧基与橡胶分子链的相互作用减弱，导致界面出现微空隙，曲挠时微空隙扩展为裂纹，加剧性能劣化。
加氢石油树脂可通过 “界面桥接作用” 增强橡胶与填料的结合：其分子链上的极性基团（如羟基）可与填料表面的极性基团形成氢键，同时非极性链段与橡胶分子链相容，形成“橡胶-树脂-填料”的稳定界面，这界面结构在低温下仍能保持结合强度，避免界面微空隙产生，例如，在含炭黑的丁腈橡胶配方中添加12份加氢石油树脂后，-35℃时橡胶与炭黑的界面结合强度较未添加组提升55%，低温曲挠过程中界面无剥离现象，履带的耐磨性能与曲挠寿命同步提升（曲挠寿命从10万次延长至 20 万次）。
本文来源：河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/