C5石油樹脂在輪胎橡膠中的配方設計與性能測試

C5石油樹脂作為輪胎橡膠的關鍵功能性助劑，其配方設計需圍繞輪胎不同部位（胎面、胎體、胎側）的性能需求，平衡增粘效果、力學強度、耐老化性等核心指標，而性能測試則需覆蓋加工適配性、使用可靠性及環境耐受性，確保樹脂與橡膠體系協同作用，滿足輪胎復雜工況要求。

一、在輪胎橡膠中的配方設計：按部位需求定向調控

輪胎不同橡膠部件的功能定位差異顯著（如胎面需耐磨、胎體需強粘合、胎側需耐屈撓），因此C5石油樹脂的配方設計需“按需調整”，核心從添加量、樹脂選型、協同助劑匹配三方面展開，實現功能與性能的精準適配。

1. 配方設計核心原則：錨定部件功能，平衡“增粘”與“基礎性能”

輪胎橡膠配方中，C5石油樹脂的核心作用是提升粘合性能，但需避免因樹脂加入導致耐磨、耐老化、力學強度等基礎性能下降，因此設計需遵循兩大原則：

相容性優先：選擇與橡膠基材（如天然橡膠NR、丁苯橡膠SBR、順丁橡膠BR）結構匹配的C5石油樹脂—— 例如胎面膠常用NR/SBR并用體系，需選用雙鍵含量較高、軟化點在80-100℃的C5樹脂（如間戊二烯型），其與二烯烴類橡膠的相容性更強，可均勻分散且不產生相分離；而胎體膠（以NR為主，需與簾子線粘合）則可選用輕度氫化的C5樹脂，減少雙鍵氧化風險，兼顧粘合力與耐老化性。

劑量適配：樹脂添加量需根據部件需求控制在3%-12%（以橡膠總質量計），過低則增粘不足，過高則易導致橡膠硬度上升、彈性下降，例如胎面膠中添加5%-8%的C5樹脂，可在提升胎面與胎體粘合性的同時，避免耐磨性能下降超過5%；胎體膠因需強粘合（與簾子線、胎面的復合），添加量可提升至8%-12%，但需搭配補強劑（如高耐磨炭黑N330）補償力學強度損失。

2. 分部位配方設計：針對性解決各部件核心需求

（1）胎面膠配方：兼顧粘合性與耐磨、抗濕滑性

胎面是輪胎與地面直接接觸的部位，核心需求為高耐磨、抗濕滑、低滾阻，同時需與胎體緊密粘合，避免行駛中分層。C5石油樹脂在胎面膠中的配方設計重點如下：

樹脂選型：優先選用軟化點90-100℃、分子量分布窄（1.5-2.5）的C5樹脂，分子量分布過寬易導致低分子組分遷移，影響耐磨性能；軟化點過高則可能使胎面膠在加工時流動性下降，過低則高溫下易軟化導致滾阻上升。

協同助劑匹配：與炭黑（N330/N220，添加量30-50份）、白炭黑（提升抗濕滑性，添加量10-20份）協同使用時，C5樹脂可通過分子中的極性基團（少量羥基、羰基）與白炭黑表面的硅羥基形成氫鍵，改善白炭黑在橡膠中的分散性，減少團聚；同時搭配硫磺（1.5-2.5份）、促進劑（如CBS，0.8-1.2份），確保橡膠交聯密度適宜 —— 樹脂不會阻礙硫化反應，反而可通過提升橡膠流動性，使硫化劑均勻分散，避免局部過硫或欠硫。

典型配方示例：NR（50份）+SBR（50份）+C5石油樹脂（6份）+ 炭黑 N330（40份）+白炭黑（15份）+硫磺（2 份）+促進劑CBS（1份），該配方可使胎面膠的剝離強度（與胎體膠）提升25%以上，耐磨體積損失（DIN法）控制在180mm³以內，滿足乘用車輪胎胎面需求。

（2）胎體膠配方：聚焦高粘合性與耐疲勞性

胎體是輪胎的“骨架支撐層”，由橡膠與簾子線（聚酯、尼龍）復合而成，核心需求為強粘合（橡膠-簾子線、橡膠-胎面）、耐疲勞（抵抗反復屈撓） 。C5石油樹脂的配方設計需圍繞“強化界面粘合” 展開：

樹脂選型：選用輕度氫化的C5樹脂（氫化度30%-50%），減少分子中的不飽和雙鍵，降低老化過程中的氧化降解風險；同時樹脂的玻璃化轉變溫度（Tg）需控制在-25℃至-15℃，確保低溫下胎體膠仍具柔韌性，避免簾子線與橡膠因低溫變硬而脫層。

粘合體系協同：與間苯二酚-甲醛樹脂（RF樹脂，1-3份）、六亞甲基四胺（HMT，0.5-1份）組成“C5 樹脂-RF-HMT”復合粘合體系 ——C5樹脂提升橡膠自粘性，RF樹脂與簾子線表面的羥基反應形成化學結合，HMT作為固化劑促進RF樹脂交聯，三者協同可使橡膠與聚酯簾子線的剝離強度提升 30%-40%，且經 100℃×72h 熱老化后，剝離強度保留率仍達85%以上。

典型配方示例：NR（80 份）+R（20份）+氫化C5樹脂（10份）+RF樹脂（2份）+HMT（0.8份）+炭黑N660（35份）+硫磺（2.2份），該配方的胎體膠拉伸強度達18MPa以上，經10萬次屈撓測試后無裂紋，滿足載重輪胎胎體需求。

（3）胎側膠配方：平衡粘合性與耐候、耐屈撓性

胎側直接暴露于外界環境（紫外線、臭氧、雨水），核心需求為耐候性、耐屈撓龜裂、低生熱，同時需與胎面、胎體粘合緊密。C5石油樹脂的配方設計重點如下：

樹脂選型：選用低分子量（數均分子量800-1500）、高純度的C5樹脂，低分子量可提升樹脂在橡膠中的擴散性，避免因樹脂團聚導致胎側膠耐屈撓性下降；高純度可減少樹脂中殘留的小分子雜質（如未聚合的C5單體），降低雜質遷移導致的表面噴霜風險（噴霜會影響外觀與粘合性）。

防老體系協同：與防老劑（如 4020，1.5-2份）、抗臭氧劑（如對苯二胺類，1-1.5份）協同使用，C5樹脂的分子結構可與防老劑形成“互補”—— 樹脂的柔性鏈段緩解橡膠分子鏈的屈撓應力，防老劑捕獲自由基與臭氧，二者共同提升胎側膠的耐老化性能；同時控制炭黑添加量（25-35 份，以半補強炭黑N774為主），避免高炭黑含量導致胎側膠過硬、屈撓開裂。

典型配方示例：SBR（60份）+BR（40份）+低分子量C5樹脂（5 份）+防老劑 4020（1.8份）+抗臭氧劑（1.2份）+ 炭黑N774（30份），該配方的胎側膠經 100℃×168h 熱氧老化后，拉伸強度保留率達90%，臭氧老化（50pphm，40℃）500h無裂紋，同時與胎面膠的剝離強度達8kN/m 以上。

二、C5石油樹脂輪胎橡膠的性能測試：覆蓋加工、使用與環境耐受性

性能測試是驗證C5石油樹脂配方有效性的核心環節，需從“加工適配性”“使用可靠性”“環境耐受性”三大維度設計測試項目，確保輪胎橡膠在生產過程中易成型、在行駛中性能穩定、在復雜環境下不易失效。

1. 加工性能測試：驗證配方的生產適配性

加工性能直接決定輪胎橡膠能否順利通過混煉、擠出、壓延等工序，核心測試項目包括門尼粘度、硫化特性、擠出性能，重點評估C5樹脂對橡膠流動性與硫化進程的影響：

門尼粘度測試：采用門尼粘度計（GB/T 1232.1），測試溫度100℃，轉子轉速2r/min，記錄 1min與4min時的門尼粘度（ML1+4 100℃）。添加C5樹脂后，橡膠的門尼粘度應降低 10%-20%（如未加樹脂時ML1+4為80，添加后應降至64-72），若粘度下降不足，說明樹脂分散不良或選型不當，會導致混煉時能耗升高；若粘度過低（低于60），則可能導致擠出時橡膠強度不足，出現變形。

硫化特性測試：通過硫化儀（GB/T 16584）測試160℃下的硫化曲線，記錄焦燒時間（t10）、正硫化時間（t90）與轉矩上限（MH）-轉矩下限（ML）差值（ΔM）。C5樹脂應不顯著縮短焦燒時間（t10 需≥5min，避免加工時早期硫化），正硫化時間（t90）控制在15-25min（適配工業化生產節奏）；ΔM反映橡膠交聯密度，添加樹脂后ΔM應保持在25-35dN・m（如未加樹脂時ΔM為30，添加后應在28-32dN・m），若ΔM下降過多（＜25），說明交聯密度不足，橡膠力學強度會下降。

擠出性能測試：采用毛細管流變儀（GB/T 17792）測試橡膠熔體在120℃、不同剪切速率下的粘度，或直接通過擠出機模擬胎面 / 胎側擠出，觀察擠出物表面狀態。添加C5樹脂后，橡膠熔體的粘度應隨剪切速率升高而明顯下降（表現為“剪切變稀”特性，適配高剪切擠出工況），且擠出物表面應光滑、無缺料、無氣泡，若出現表面粗糙或鯊魚皮狀紋路，說明樹脂與橡膠相容性差，需調整樹脂選型或添加量。

2. 使用性能測試：驗證輪胎橡膠的核心功能

使用性能直接關聯輪胎的行駛安全與壽命，核心測試項目包括粘合性能、力學性能、耐磨與耐屈撓性能，重點評估C5樹脂對輪胎關鍵功能的提升效果：

粘合性能測試：針對不同部件采用對應的測試方法 —— 胎面與胎體的粘合測試采用T型剝離法（GB/T 532），測試溫度23℃，剝離速度50mm/min，要求剝離強度≥7kN/m（添加C5樹脂后應提升20%以上）；橡膠與簾子線的粘合測試采用 H 抽出法（GB/T 14905），測試簾子線從橡膠中抽出的力，要求抽出力≥150N/根（復合粘合體系下應提升 30% 以上），若剝離 / 抽出力不足，易導致輪胎行駛中分層、爆胎。

力學性能測試：按GB/T 528測試拉伸強度、斷裂伸長率，按GB/T 529測試撕裂強度。胎面膠需滿足拉伸強度≥16MPa、斷裂伸長率≥450%、撕裂強度≥50kN/m；胎體膠需滿足拉伸強度≥18MPa、斷裂伸長率≥400%；胎側膠需滿足拉伸強度≥15MPa、斷裂伸長率≥500%。添加C5樹脂后，這些指標的下降幅度應控制在10%以內，若拉伸強度下降超過15%，說明樹脂與橡膠的相容性不佳，需調整配方。

耐磨與耐屈撓性能測試：胎面膠的耐磨性采用 DIN 耐磨試驗機（GB/T 9867）測試，負荷10N，轉數4000轉，要求耐磨體積損失≤200mm³（添加樹脂后應與未加樹脂時基本持平，或下降不超過5%）；耐屈撓性能采用屈撓龜裂試驗機（GB/T 13934）測試，溫度23℃，屈撓角度90°，頻率 300次/min，胎側膠需滿足10萬次屈撓無裂紋，胎體膠需滿足5萬次屈撓無裂紋，若出現早期龜裂，說明樹脂影響了橡膠的柔韌性，需選用更低Tg的樹脂。

3. 環境耐受性測試：驗證輪胎橡膠的長期穩定性

輪胎在使用中需承受高溫、臭氧、雨水等環境因素，環境耐受性測試重點評估 C5 樹脂對橡膠耐老化性能的影響，核心項目包括熱氧老化、臭氧老化與耐水性測試：

熱氧老化測試：將橡膠試樣置于熱老化箱（GB/T 3512），在100℃下老化72h（模擬輪胎長期行駛中的高溫環境），測試老化后的拉伸強度保留率與斷裂伸長率保留率。要求保留率均≥80%（胎側膠因耐候需求，需≥85%），若保留率過低（＜75%），說明樹脂中的不飽和雙鍵易氧化，需選用氫化C5樹脂或增加防老劑用量。

臭氧老化測試：按GB/T 7762測試，將試樣拉伸20%（模擬輪胎行駛中的胎側形變），置于40℃、臭氧濃度50pphm的環境中老化500h，觀察表面裂紋。合格標準為無明顯裂紋（僅允許極細微小紋），若出現明顯裂紋（寬度＞0.1mm），說明樹脂與防老劑協同效果差，需調整抗臭氧劑種類或用量。

耐水性測試：將橡膠試樣浸泡在40℃蒸餾水中168h（模擬雨天行駛環境），測試浸泡后的質量變化率與拉伸強度保留率。質量變化率應控制在±2% 以內（避免樹脂或小分子助劑溶出），拉伸強度保留率≥90%，若質量變化率過大（＞3%），說明樹脂中殘留小分子雜質過多，需提升樹脂純度。

本文來源：河南向榮石油化工有限公司 http://www.cheng114.com/