轮胎用弹性体复合材料的抗湿滑性能及机理研究

抗湿滑性能是轮胎的三大重要性能指标之一，与汽车的行驶安全性密切相关。本项目提出以含不同类型填料（如炭黑、白炭黑和炭黑/白炭黑双相填料等）的胎面弹性体材料为研究对象，研究变形模式与应变的大小对弹性体复合材料动态黏弹性能的影响规律；对含不同类型填料的胎面胶料的各种表面特征参数进行表征，包括表面微观硬度、多尺度级别的表面粗糙度等形貌特征参数，和表面亲水性、表面自由能等表面特性参数；调节并控制胎面胶料的黏弹性、润滑剂的特性等，系统研究各种表面特征参数对胎面胶料抗湿滑性能的影响；确定材料的动态黏弹性、材料的表面特征、润滑剂特性等与材料抗湿滑性能间的关系，并实现对弹性体材料在不同条件下抗湿滑性能的统一解释，建立相应的理论模型，揭示弹性体材料抗湿滑机理。研究结果不仅可更加准确预测含不同填料类型的弹性体复合材料的抗湿滑性能，还可为胎面材料用新型纳米填料的研发和高抗湿滑性能胎面胶料的设计提供指导。

抗湿滑性能是轮胎的重要性能指标之一，与汽车的行驶安全性密切相关。轮胎与地面直接接触的部位是胎面，胎面胶料抗湿滑性能的黏弹性评价指标通常采用10Hz, 0oC 下的tanδ值。事实上，胎面胶料的黏弹性不仅受温度、频率的影响，而且对应变存在非线性依赖关系（Payne 效应），但10Hz, 0oC 下的tanδ值这一指标仅指明测试的频率和温度，对测试应变没有限定。本项目首先研究了应变模式和应变大小对炭黑/橡胶复合材料黏弹性的影响规律，并与BPST测试的材料抗湿滑性能进行了关联，明确了与材料抗湿滑性能相关性好的动态黏弹性指标的测试条件，即拉伸应变为4%-7%，或剪切应变为0.7%-10%时，0℃，10Hz的tanδ与材料抗湿滑性能相关性好(相关系数约为0.98)。进一步的研究表明：比较含不同类型填料的胎面胶料（如炭黑胶料和白炭黑胶料）抗湿滑性能时，tanδ与材料抗湿滑性能相关性差，仅用上述粘弹性指标tanδ并不能衡量抗湿滑性能的好坏，表明动态粘弹性能不是影响胎面胶料抗湿滑性能的唯一因素，还应考虑材料的表面特征。进而系统研究了含不同类型填料胎面材料的表面形貌（表面粗糙度、表面微观硬度等）对抗湿滑性能的影响，建立了橡胶纳米复合材料表面微观硬度的表征方法-划痕法，采用扫描白光干涉表面三维形貌测量仪表征材料的表面粗糙度。结果表明：在光滑玻璃面上，弹性体材料的表面特性，尤其是表面微观硬度对材料抗湿滑性能影响较大，表面微观硬度高，材料的抗湿滑性能好，并提出了相应的模型解释，其机理为：微观硬度高的填料粒子可刺破水膜，从而使胶料和摩擦面之间产生真正接触，提高了抗湿滑性能。最后，研究了胶料硬度、胶料在水中浸泡等因素对抗湿滑性能的影响，初步的研究结果表明:经水浸泡后，白炭黑胎面胶料的抗湿滑性能下降的幅度大于炭黑胎面胶料,以后将在此方面展开系统深入的研究。.项目已按计划完成，发表SCI论文6篇，中文核心期刊论文8篇，申请专利1项，达到了预期目标。研究结果可为新型纳米填料在胎面胶料中的应用，以及高性能胎面胶料的设计与研发提供可靠指导。