《Polymer Testing》：Effect of Resin Softening Point and Hydrogenation on the In-Rubber Performance of Silica-Filled SSBR/BR Tire Tread Compounds
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传统轮胎胎面胶中使用的增塑剂（如芳烃油，处理蒸馏芳烃抽出物，TDAE）来源于不可再生的化石资源，且可能含有多环芳烃（PAHs），引发环境和健康担忧。近年来，行业和学术界日益关注减少对化石基增塑剂的依赖，并采用生物基或回收材料替代，以改善轮胎配方的环境足迹，同时
传统轮胎胎面胶中使用的增塑剂（如芳烃油，处理蒸馏芳烃抽出物，TDAE）来源于不可再生的化石资源，且可能含有多环芳烃（PAHs），引发环境和健康担忧。近年来，行业和学术界日益关注减少对化石基增塑剂的依赖，并采用生物基或回收材料替代，以改善轮胎配方的环境足迹，同时保持或提升其性能。树脂已成为传统增塑剂的有前景的替代品，其不仅可作为加工助剂，还能增强轮胎胶料的粘弹性。先前研究表明，树脂可通过提高低温下tan δ值来改善湿抓着性能，同时其化学结构和用量会影响滚动阻力和磨耗性能。然而，树脂特性与轮胎性能之间的关系仍未完全明确。本研究采用一系列具有相同化学主链、软化点（SP）范围覆盖10–160 °C的茚-古马隆树脂，在二氧化硅填充轮胎胎面胶中系统研究了软化点的影响，并考察了氢化树脂（SP为10 °C）以评估消除不饱和键的影响。通过分析硫化行为、分散性、交联密度、力学性能和动态力学性能，评估了树脂对胶料性能的影响。研究发现，低SP树脂主要起增塑作用，其效果与TDAE油相当；高SP树脂则增强胶料刚度，且该效应在高温下更为显著。氢化作用减少了树脂中残余不饱和键，影响其与硫化体系的相互作用，从而改变交联密度和硫化动力学。树脂的选择实现了轮胎“魔幻三角”（湿抓着、滚动阻力和耐磨性）性能指标的调控。本研究为理解树脂结构与性能关系提供了系统性的模型体系，为轮胎胎面胶中树脂的筛选和设计提供了指导。
**一、研究背景与问题**
传统轮胎胎面胶中使用的增塑剂，如处理蒸馏芳烃抽出物（TDAE），来源于不可再生的化石资源，可能含有聚环芳烃（PAHs），引发环境和健康关注，因此受到法规限制。行业对可持续替代品的需求日益增长。树脂作为传统增塑剂的替代品受到广泛关注，其不仅能改善加工性能，还能调节胶料的粘弹性，有潜力优化轮胎“魔幻三角”——湿抓着、滚动阻力和耐磨性——之间的平衡。然而，现有研究多采用商业树脂进行对比，这些树脂在化学组成、分子量、饱和度和软化点等多个参数上同时存在差异，难以单一解析各参数对性能的贡献。此外，先前关于树脂软化点的研究主要集中于炭黑填充体系，而现代“绿色轮胎”广泛采用二氧化硅作为主要补强填料，其填料-聚合物相互作用机制与炭黑体系存在本质差异，相关结论不能直接推广。因此，本研究旨在通过使用化学组成相同但软化点不同（10–160 °C）的茚-古马隆树脂系列，在二氧化硅填充的SSBR/BR胎面胶中系统研究软化点的影响，并考察氢化作用对树脂性能的影响，以填补这一知识空白。
**二、研究内容与主要技术方法**
研究人员采用溶液聚合丁苯橡胶（SSBR，Sprintan 4602，Synthos Schkopau GmbH）与顺丁橡胶（BR，Buna CB24，Arlanxeo）的并用胶（80/20 phr），以高分散性高补强二氧化硅（ULTRASIL 7000GR，Evonik Industries）和炭黑N330作为填料，双（三乙氧基硅丙基）二硫化物（TESPD，Si266）作为硅烷偶联剂。树脂为Rain Carbon提供的茚-古马隆树脂系列（YT C 10、YT C 30、YT C 80、YT C 120、YT C 160）及氢化版本YT C 10-H，以50/50比例部分替代TDAE油。采用三段混炼工艺在密炼机（Brabender Plasticorder 350S）中制备胶料。主要测试方法包括：橡胶加工分析仪（RPA）测定硫化特性（160 °C）和Payne效应（应变扫描0.1%–100%，60 °C）；温度扫描应力松弛（TSSR）测定交联密度（CLD）；硬度计（Zwick 3150）依据ISO 48-4测定邵尔A硬度；万能试验机（Zwick Z05）依据ASTM D412进行拉伸测试（室温及100 °C热老化2 h后）；动态力学分析仪（Gabo-Netzsch Eplexor）在-80 °C至80 °C温度范围内测定动态力学性能（10 Hz，静态应变1%，动态应变0.2%）；DIN磨耗试验机（Montech ABR 3000）依据ISO 4649 Method A测定耐磨性。
**三、研究结果**
**硫化特性**：低软化点树脂（YT C 10和YT C 30）相比参比胶料表现出更快的硫化速率和更短的焦烧时间（ts10）及正硫化时间（t95），这可能与其较低的分子量和较高的链端残余不饱和基团浓度有关，促进了与硫化体系的相互作用。高软化点树脂（YT C 80、YT C 120和YT C 160）则延缓硫化，其中YT C 160效果最为显著，这可能归因于高SP树脂在硫化初期仍处于固态或半固态，限制了聚合物链迁移率并阻碍硫化剂扩散。最终扭矩（MH）随SP升高而增加，YT C 160表现出最高扭矩值。氢化树脂YT C 10-H相比YT C 10硫化速率减慢但最终扭矩显著提高，表明氢化减少了残余不饱和键对硫化体系的干扰。
**Payne效应**：参比胶料（含TDAE）表现出最低的Payne效应（ΔG' = 1578 kPa），表明填料分散最佳。所有含树脂胶料的Payne效应均高于参比，且随SP升高而增加，YT C 120和YT C 160表现出最高值（分别为2139和2158 kPa）。高SP树脂可能以固态存在于橡胶基体中，充当二次填料，增强了树脂-树脂、树脂-填料和填料-填料间的相互作用。100%应变下的G'值也随SP增加而升高，表明填料-橡胶相互作用增强。氢化树脂YT C 10-H与YT C 10差异较小，表明氢化对填料网络形成影响有限。
**交联密度**：低SP树脂YT C 10表现出最低的CLD值，可能因其低分子量和较高浓度的活性链端基团与橡胶基体竞争硫黄和促进剂。随着SP升高，CLD逐渐增加，YT C 120和YT C 160的CLD略高于参比胶料。氢化树脂YT C 10-H的CLD显著高于YT C 10，甚至略高于参比，表明氢化降低了树脂对硫化体系的化学干扰，促进了更有效的网络形成。
**力学性能**：低SP树脂（YT C 10和YT C 30）在100%和300%应变下的模量低于参比，表明其增塑作用。高SP树脂则提高模量，YT C 160表现出最高的M100和M300值（分别为3.1和14.4 MPa）。硬度随SP升高从约59.6 Shore A（YT C 10）增加至约62 Shore A（YT C 160）。热老化（100 °C，2 h）后，含树脂胶料表现出模量增加和断裂伸长率降低，其中低SP树脂变化最为显著，可能因残余不饱和基团在高温下发生额外反应。YT C 160变化最小，因其SP高于处理温度，树脂在100 °C下仍保持固态。
**动态力学性能**：储能模量（E'）和损耗模量（E''）随SP升高略有增加，但差异较小。玻璃化转变温度（Tg）随SP升高而增加。tan δ峰值随SP升高而降低，表明受限橡胶比例增加。在0 °C（湿抓着指标）和60 °C（滚动阻力指标）下，tan δ值均随SP升高而增加。YT C 160在0 °C和60 °C下分别表现出最高（0.549）和最高（0.144）的tan δ值。氢化树脂YT C 10-H的tan δ曲线与参比相近，表明氢化未显著改变动态力学响应。
**耐磨性**：所有含树脂胶料的磨耗体积指数（ARI）均与参比接近，表明部分替代TDAE未损害耐磨性能。低SP树脂表现出略高的ARI值，而高SP树脂的ARI略低。氢化树脂YT C 10-H在所有胶料中表现出最高的ARI值。
**魔幻三角**：低SP树脂（YT C 10和YT C 30）在保持湿抓着和滚动阻力与参比相当的同时改善了耐磨性，表现出最佳的综合性能平衡。高SP树脂提高了湿抓着指标但降低了滚动阻力指标，体现了轮胎性能间的经典权衡关系。氢化树脂YT C 10-H相比YT C 10湿抓着指标略低，但耐磨性和滚动阻力相当。
**四、讨论与结论**
综合讨论表明，树脂软化点是调控二氧化硅填充轮胎胎面胶性能的关键参数，从低SP树脂的增塑作用过渡至高SP树脂的补强作用，这一转变可通过SP选择实现精确控制，且该效应在高温下更为显著。氢化作用主要影响硫化行为和网络形成，而对动态力学和耐磨性能影响有限。该研究证实了软化点作为通用设计参数的适用性，不仅限于炭黑体系，同样适用于二氧化硅填充体系。通过合理选择树脂SP和氢化处理，可以在加工性能、补强效果和粘弹性之间实现平衡调控，为轮胎胎面胶中烃类树脂的筛选和开发提供了科学依据。该论文发表于《Polymer Testing》。
