輪胎過渡層與氣密層膠料摻用比的研究

吳忠成，李紅衛(wèi)，劉華僑，顧培霜，朱家順

[特拓（青島）輪胎技術(shù)有限公司，山東 青島 266100]

輪胎在車輛行駛過程中兼具安全、承載、減震和牽引的功能，輪胎主要靠以丁基橡膠（IIR）為主體材料的氣密層保持充氣壓力。早期的輪胎氣密層和胎體采用分層設(shè)計(jì)并且分別硫化。隨著技術(shù)的進(jìn)步，輪胎氣密層和胎體逐漸采用一體式設(shè)計(jì)，在成型工藝中氣密層與胎體貼合在一起并進(jìn)行整體硫化。相比于氣密層分層設(shè)計(jì)，一體化設(shè)計(jì)減少了能量損耗，節(jié)省燃油，更少的部件也有利于輪胎生產(chǎn)工藝控制。此外，當(dāng)輪胎被釘子刺扎后，分層設(shè)計(jì)的氣密層會(huì)馬上“塌陷”，輪胎整體嚴(yán)重變形，危害行駛安全；而一體化設(shè)計(jì)輪胎被釘子刺扎后，只要釘子不被拔出，輪胎仍能夠保持形狀，行駛安全性較好[1-3]。

一體化設(shè)計(jì)氣密層在硫化前需要與胎體緊密地物理貼合，防止硫化時(shí)脫層、起泡，硫化后氣密層要和胎體結(jié)合良好，不能在使用過程中脫層[4]。但I(xiàn)IR粘合性能較差，輪胎企業(yè)使用天然橡膠（NR）為主體材料的膠料作為過渡層，利用NR粘性好的特點(diǎn)，提高氣密層與胎體的粘合性能。成型時(shí)過渡層與氣密層膠料通過壓延機(jī)貼合在一起制成復(fù)合膠片，然后裁剪成寬度相同的膠片，裁剪后會(huì)產(chǎn)生多余的復(fù)合膠片，由于IIR具有污染性[5]，多余的復(fù)合膠片只能摻用到氣密層膠料中使用，如果摻入過渡層膠料中，會(huì)造成過渡層膠料硫化不足。

本工作研究輪胎過渡層膠與氣密層膠摻用比（以下簡稱摻用比）對(duì)膠料性能的影響，以便對(duì)輪胎企業(yè)的生產(chǎn)工藝調(diào)整提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

溴化丁基橡膠（BIIR），牌號(hào)2222，美國埃克森美孚化工有限公司產(chǎn)品；NR，牌號(hào)STR20，泰國正大農(nóng)業(yè)集團(tuán)公司產(chǎn)品；環(huán)保油V500，寧波漢圣化工有限公司產(chǎn)品；炭黑N660，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；氧化鋅，山東博奧實(shí)業(yè)有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，廣州卓迪化工有限公司產(chǎn)品；硫黃，中雅化工有限公司產(chǎn)品；促進(jìn)劑CBS和DM，寧波艾克姆新材料有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

氣密層：BIIR 80，NR 20，炭黑N660 70，氧化鋅 2，硬脂酸 1，環(huán)保油V500 5，防老劑4020 1，硫黃 1，促進(jìn)劑DM 1.5。

過渡層：NR 100，炭黑N660 60，氧化鋅4，硬脂酸 2，環(huán)保油V500 5，防老劑4020 2，防老劑RD 1，硫黃 1.8，促進(jìn)劑CBS 1。

1.3 主要設(shè)備和儀器

Φ160 mm×320 mm型開煉機(jī)和X（S）M-1.6L型密煉機(jī)，青島科技大學(xué)混煉工程研究室產(chǎn)品；MM4130C型無轉(zhuǎn)子硫化儀，高特威爾檢測(cè)儀器（青島）有限公司產(chǎn)品；UT-2060型拉力試驗(yàn)機(jī)，優(yōu)肯科技股份有限公司產(chǎn)品；VAC-V2型壓差法氣體滲透儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司產(chǎn)品；H17A型邵爾A電子硬度計(jì)，華萊士有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

氣密層和過渡層膠料均采用2段混煉工藝。氣密層膠料混煉時(shí)，促進(jìn)劑DM于一段混煉加入，氧化鋅和硫黃于二段混煉加入；過渡層膠料混煉時(shí)，氧化鋅于一段混煉加入，硫黃和促進(jìn)劑CBS于二段混煉加入。

一段混煉在密煉機(jī)內(nèi)進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1，總混煉時(shí)間為5 min，冷卻水溫度為40℃，排膠溫度控制在160 ℃以下?；鞜捁に嚍椋荷z→壓壓砣30 s→小料和1/2炭黑→壓壓砣60 s→1/2炭黑和油→壓壓砣90 s→提壓砣、清掃→壓壓砣120 s→排膠→開煉機(jī)上下片冷卻。

二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，輥溫設(shè)為40 ℃，一段混煉膠包輥后加入終煉藥品，薄通3次，打三角包8次，下片停放。按照表1的4個(gè)方案分別在開煉機(jī)上摻混兩種膠料，各薄通5次，打三角包10次。

表1 不同比例氣密層和過渡層的摻混方案

1.5 性能測(cè)試

（1）氣密性按照GB/T 1038—2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法 壓差法》進(jìn)行測(cè)試，采用99%高純氧氣，抽真空12 h，氣體壓力為0.5 MPa，循環(huán)水溫度為23 ℃，硫化試片厚度為1 mm。

（2）加工性能按照GB/T 1232.1—2016《未硫化橡膠 用圓盤剪切粘度進(jìn)行測(cè)定 第1部分：門尼粘度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試。

（3）硫化特性按照GB/T 16584—1996進(jìn)行測(cè)試。

（4）密度按照GB/T 533—2008進(jìn)行測(cè)試；硬度按照GB/T 531.1—2008進(jìn)行測(cè)試；拉伸性能按照GB/T 528—2009進(jìn)行測(cè)試，使用Ⅰ型裁刀。

2 結(jié)果與討論

2.1 氣密性

不同摻用比膠料的氣體透過系數(shù)見表2。

表2 不同摻用比膠料的氣體透過系數(shù)×1014[cm3·cm·（cm2·s·Pa）-1]

從表2可以看出：摻用過渡層膠料后，膠料氣體透過系數(shù)增大，氣密性有所降低；當(dāng)摻用比為8%和11%時(shí)，膠料氣體透過系數(shù)僅增大31%和50%；當(dāng)摻用比為18%時(shí)，膠料氣體透過系數(shù)增大183%。這是因?yàn)镹R氣密性不如IIR[6]，在氣密層膠中摻用以NR為主的過渡層膠料后，影響了氣密層膠料的氣密性。根據(jù)輪胎實(shí)車?yán)锍虦y(cè)試經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)氣體透過系數(shù)不大于10×10-14[cm3·cm·（cm2·s·Pa）-1]時(shí)，輪胎氣密性可以達(dá)到使用要求。因此過渡層膠在氣密層膠料中的最大摻用比應(yīng)不大于11%。

2.2 門尼粘度和硫化特性

不同摻用比膠料的門尼粘度和硫化特性如表3所示。

從表3可以看出，隨著摻用比的增大，膠料門尼粘度和t10變化不大，t5、t90和t100延長，硫化速度變慢，這可能是由于摻用過渡層膠后促進(jìn)劑DM在膠料中的占比降低。

表3 不同摻用比膠料的加工性能和硫化特性

2.3 物理性能

不同摻用比膠料的物理性能如表4所示，硫化條件為160 ℃×20 min。

表4 不同摻用比膠料的物理性能

從表4可以看出：不同摻用比膠料的的拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐屈撓性能變化不大，密度稍有降低；隨著摻用比增大，膠料硬度稍有增大，100%和300%定伸應(yīng)力先增大后減小，拉斷伸長率和拉伸永久變形減小。

3 結(jié)論

隨著過渡層膠在氣密層膠中的摻用比增大，膠料氣密性逐漸下降，摻用比大于11%時(shí)，氣密性明顯變差；門尼粘度變化不大，焦燒時(shí)間延長，硫化速度變慢；硫化膠密度降低，硬度略有增大，定伸應(yīng)力先增大后減小，拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和耐屈撓性能變化不大，拉斷伸長率減小，成本降低。