加氢石油树脂是石油裂解C5/C9馏分经聚合、加氢精制得到的低分子量聚合物,具有高软化点、低极性、耐候性优异等特点,作为胎面胶增粘增韧改性剂,可通过调控胶料的玻璃化转变温度(T_g)、界面相容性及动态力学性能,显著改善轮胎胎面的抗湿滑性能,同时兼顾滚动阻力与耐磨性能的平衡,是高性能绿色轮胎胎面胶配方的核心助剂之一。
一、抗湿滑性能的作用机理
轮胎胎面的抗湿滑性能本质是胎面胶与湿滑路面的接触面积及界面粘附力的综合体现,当车辆在湿路面行驶时,胎面需快速排开接触面的水膜,同时通过胶料的粘弹性形变与路面形成有效粘附,避免打滑。加氢石油树脂对该性能的提升主要通过以下三方面实现:
1. 调控胶料的玻璃化转变温度
抗湿滑性能与胎面胶的T_g密切相关,通常要求胎面胶在0℃左右具有较高的储能模量(G'),以保障湿滑路面的粘附力。
未添加树脂的橡胶基体(如溶聚丁苯橡胶SSBR、顺丁橡胶BR)T_g较低,低温下粘弹性不足,与路面的粘附力弱;
加氢石油树脂(尤其是C5/C9共聚加氢树脂)自身T_g较高(20~60℃),与橡胶基体共混后,可通过分子链的物理缠结提升胶料整体T_g,使胶料在0℃(湿滑路面典型工况温度)时处于粘弹态区间,形变能力与界面粘附力同步增强,从而提升抗湿滑性能。
需精准控制树脂添加量,若T_g过高,胶料会变硬发脆,导致耐磨性能下降。
2. 改善胶料的界面相容性与填料分散性
轮胎胎面胶通常填充大量白炭黑、炭黑等补强填料,填料的分散性直接影响胶料的动态力学性能。
加氢石油树脂分子链含少量极性基团,可与白炭黑表面的硅羟基形成氢键,同时与橡胶分子链互溶缠结,起到界面桥接作用,促进白炭黑在橡胶基体中的均匀分散,减少填料团聚;
分散均匀的填料网络可提升胶料的内聚强度,使胎面在湿滑路面受压时,能保持稳定的接触形态,避免因局部应力集中导致水膜无法排出,从而增强抗湿滑性能。
3. 优化胶料的动态粘弹性
动态力学分析(DMA)显示,添加加氢石油树脂的胎面胶,在0℃时的损耗因子(tanδ0℃)显著提升——tanδ0℃是评价轮胎抗湿滑性能的核心指标,数值越高,代表胶料在湿滑路面的能量耗散能力越强,粘附力越好。
同时,加氢石油树脂的饱和分子结构可抑制胶料的滞后损失,使胶料在60℃时的损耗因子(tanδ60℃,表征滚动阻力)不会过度升高,从而实现“抗湿滑性能提升、滚动阻力不恶化”的平衡,契合绿色轮胎的性能要求。
二、影响抗湿滑性能的关键树脂参数
加氢石油树脂的结构与性能参数直接决定其对胎面胶抗湿滑性能的改善效果,核心影响因素包括:
1. 树脂类型
C9加氢石油树脂:芳香环含量高,与橡胶分子链相容性好,提升tanδ0℃的效果显著,抗湿滑性能改善突出,但过量添加会使tanδ60℃上升,滚动阻力增大;
C5/C9共聚加氢树脂:兼具C5树脂的柔韧性与C9树脂的相容性,可在提升抗湿滑性能的同时,保持较低的滚动阻力,是胎面胶的首选类型;
C5加氢石油树脂:脂肪族结构占比高,极性弱,与橡胶相容性较差,对tanδ0℃提升有限,多用于调节胶料加工性能。
2. 软化点
树脂软化点需与橡胶基体的加工温度、使用工况匹配,胎面胶用加氢石油树脂软化点通常为80~120℃。
软化点过低(<80℃):树脂在高温加工时易熔融流失,且无法有效提升胶料T_g;
软化点过高(>120℃):树脂自身刚性过强,与橡胶共混后胶料硬度上升,弹性下降,耐磨性能与抗湿滑性能均受影响。
3. 加氢度
加氢度越高,树脂分子链的不饱和键越少,耐候性与热稳定性越好,同时与橡胶的相容性更优。高加氢度(>95%)的树脂可避免胶料在硫化或使用过程中发生氧化交联,保障胶料动态力学性能的长期稳定,从而维持抗湿滑性能的耐久性。
三、应用工艺与性能平衡策略
1. 适宜添加量范围
加氢石油树脂在胎面胶中的添加量通常为5~15份(以100份橡胶为基准)。
添加量<5份:对胶料T_g与填料分散性改善不足,抗湿滑性能提升不明显;
添加量10~12份:可实现抗湿滑性能(tanδ0℃提升20%~30%)、滚动阻力(tanδ60℃变化<5%)与耐磨性能的良好平衡;
添加量>15份:胶料T_g过高,硬度上升,耐磨性能下降,且滚动阻力显著增大。
2. 与其他助剂的协同作用
与硅烷偶联剂复配:硅烷偶联剂可增强白炭黑与橡胶的化学键合,加氢石油树脂则优化界面物理作用,二者协同可进一步提升填料分散性,使tanδ0℃再提升10%左右;
与高乙烯基含量SSBR配合:高乙烯基SSBR本身T_g较高,与加氢石油树脂协同调控胶料粘弹性,可实现抗湿滑性能的最大化提升,同时通过BR的加入补偿耐磨性能。
四、工业应用意义
在轮胎胎面胶中使用加氢石油树脂,是解决传统胎面胶“抗湿滑性能与滚动阻力难以兼顾”矛盾的关键技术路径。
1. 满足绿色轮胎的性能标准:欧盟标签法、中国绿色轮胎认证均对轮胎的抗湿滑等级(湿地抓着指数)与滚动阻力系数提出严格要求,加氢石油树脂改性的胎面胶可助力轮胎达到A级标准;
2. 提升行车安全性:抗湿滑性能的增强可显著缩短雨天制动距离,降低打滑风险;
3. 兼顾节能环保:在提升抗湿滑性能的同时,避免滚动阻力过度升高,可降低车辆油耗3%~5%,减少碳排放。
本文来源:河南向荣石油化工有限公司 http://www.upresinchem.com/