随着采矿运输业的迅速发展，对大型载重轮胎的性能要求越来越高。恶劣的工作环境会导致大型载重轮胎产生热量积累、磨损严重、胶料开裂及脱层等问题，从而导致影响使用寿命，也会造成环境污染及资源消耗等问题。因此，开发低生热及滚动阻力、高耐磨性及耐疲劳性的载重轮胎胎面胶料具有重要意义。

目前，大型载重轮胎的胎面胶主要是以天然橡胶和丁苯橡胶为主体材料，具有出色的耐磨性、硬度及回弹力。然而，NR / ESBR并用胶存在生热大，滚动阻高和耐疲劳性差等问题，严重影响了制品使用寿命。

图 1. 微观结构图示：a) NR/ESBR硫化胶, b) NR/ESBR/TBIR硫化胶

本工作开展了NR/ESBR纳米复合材料的填料网络结构及聚合物交联网络结构的调控研究，并重点研究复合材料结构对硫化胶生热、滚动阻力、耐磨性及耐疲劳性的影响。研究发现，添加高反式丁戊共聚橡胶TBIR可以增加NR / ESBR的交联密度，从而减少大分子之间的内部摩擦（图1）。 此外，随着TBIR份数增加，NR/ESBR/TBIR并用胶的基体模量增强，有助于抑制室温静置过程和高温硫化过程中的填料聚集，从而改善填料分散性和聚合物-填料-相互作用。此外，TBIR结晶结构在抑制裂纹扩展方面发挥重要作用。因此，加入TBIR的橡胶复合材料可改善橡胶的聚合网络和填料网络，有助于提高耐磨性，减少生热及滚动阻力，并延长疲劳寿命。

图2. NR/ESBR/TBIR 硫化胶的动态性能: a) 滚动阻力, b) 拉伸疲劳, c) 生热, d) 磨耗

进一步研究表明，在保持基础力学性能基本不变的基础上，所得橡胶纳米复合材料具有优异的综合性能，例如滚阻降低11%，生热降低8%，耐磨性提升8%，耐疲劳性提升130%（图2）。本研究提出的方法为橡胶纳米复合材料内部的聚集态结构及填料结构调控提供了有效和简便的方法，且在开发高性能绿色载重轮胎材料方面显示出较大的潜力。

该研究成果近日以《可结晶嵌段共聚物对NR/ESBR/CB纳米复合材料的聚合物网络及填料网络的影响》(Influences of crosslinkable crystalline copolymer on the polymer network and filler dispersion of NR/ESBR/CB nanocomposites)为题，发表在复合材料期刊Composites Part A上。该论文通讯作者为青岛科技大学高分子学院贺爱华教授、张新萍博士，青岛科技大学高分子学院为本文的第一单位。该研究工作得到了山东省重大基础研究项目以及泰山学者工程的资助。

 

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X20304310

贺爱华课题组长期招收推免直博生，硕、博士研究生和博士后等；研究方向包括Ziegler-Natta催化剂及其催化机理研究，新型合成橡胶材料，高性能聚烯烃材料，橡胶纳米复合材料及高性能橡胶等。欢迎对相关研究方向感兴趣的同学/博士/学者邮件联系：aihuahe@iccas.ac.cn。请在邮件中做必要的自我介绍。