Page 29 - 《橡塑智造与节能环保》2021年11期

综述与专论 ■

充气轮胎弹性体的密度研究

为适应社会可持续发展的需要，除进一步提高汽 模拟揭示了PIB和PE之间在密度和分子堆积方面的有
车燃油经济性外，汽车轻量化，包括轮胎轻量化，在 趣对比。因此，这里讨论的是PIB和PE，而不是丁基
近几十年也受到了广泛关注。当对轮胎的承载能力、 橡胶。这些聚合物的密度预测需要根据实验测量的结
驾驶安全性、耐久性、滚动阻力、操纵性、舒适性、 果进行检验，大多数实验数据均来自参考文献，而在
噪音等性能特性的要求作为最高优先级时，对轮胎重 明确定义和可比较的条件下获得的准确实验数据则不
量的减少已经从设计和材料两方面进行了探讨。 容易从文献中得到。
通过优化各种轮胎部件及整个轮胎的结构，可以 根据日常经验，用于轮胎制造的普通弹性体的
减少橡胶的使用量。较好的增强胶料(例如功能化橡 密度不会有显著差异。对于具有21.0wt.%结合苯乙
胶)可以在较低的体积下使用。如果可能的话，不改变 烯和49.1wt.%乙烯基含量的S-SBR（来自盛禧奥的
材料体积的更轻的胶料也是一个选择。显然，在减少 SprintanSLR4601），其密度在未指定的室温下为
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体积的情况下使用更轻、更强的复合材料可以最大程 0.93g/cm （“特定重力”以g/cm 为单位提供，玻璃化转
度地减轻轮胎重量。通常，合成橡胶和天然橡胶混合 变温度(T g )为-25.0℃，来自DSC测试，速度为10°/分
在一起约占轮胎重量的35%。因此，了解弹性体的密 min）。对于含有51%1,4-异戊二烯和49%3,4-异戊二
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度与其化学组成之间的关系是很有意义的，甚至应该 烯的聚异戊二烯，其在25℃时的密度为0.893g/cm 。假
探讨使用哪些单体来设计较低密度的弹性体。 设它们可以直接比较（估计数量级），那么这种聚异
在各种文献中，长期以来一直有两种简单的方法 戊二烯的ρ仅比SLR4601的ρ低4.0%。
来解决基于聚合物重复单元的胶料组成及预测/估计
25℃下聚合物密度(ρ)的一般问题：①通过增加基团给 1 通过添加基团给出计算分子范德华体积
出的数量计算分子范德华体积；②借助摩尔体积和连 测试一块橡胶，它的密度ρ简单地定义为它的重
通性指数之间的相关性。在下文中，这两种方法都被 量除以它所占的相应体积。如果均质材料的量恰好为
用于估计25℃下弹性体的密度。由于分子范德华体积 1摩尔，包含6.022×1023个分子，它们堆积在一起，则
是直接决定聚合物密度的重要因素，考虑到范德华体 ρ=摩尔重量/摩尔体积。
积方法，提供了关于丁苯橡胶(SBR)的密度如何随结 橡胶大分子由一长串重复的结构单元组成。因
合苯乙烯含量变化而变化的直接分析预测，以及研究 此，为了预测聚合物的密度，使用了结构单元的摩尔
了二烯单元的氢化如何影响含二烯弹性体的胶料的密 重量M和体积V，则ρ=M/V。在这里，整体长分子的堆
度。 积与相应组成结构单元的堆积之间的潜在差异被忽略
此处讨论的烃聚合物包括聚异丁烯(PIB)与无定形 了。
相的聚乙烯(PE)、聚丁二烯(PBd)、聚异戊二烯(PI)、 一般来说，结构单元的范德华体积可以通过加入
溶液聚合SBR(S-SBR)和聚戊烯(PPT)。通过蒙特卡罗 组成结构基团的范德华体积来近似计算。根据橡胶态

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