空氣阻止劑NM360和氯磺化聚乙烯的協(xié)同作用對(duì)輪胎氣密層氣密性的影響

范長亮, 韓 菁, 劉恩冉, 劉 謙, 張學(xué)全

（1.三角輪胎股份有限公司, 山東 威海 264200; 2.中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所, 吉林 長春 130022）

空氣阻止劑NM360和氯磺化聚乙烯的協(xié)同作用對(duì)輪胎氣密層氣密性的影響

范長亮1, 韓 菁1, 劉恩冉1, 劉 謙1, 張學(xué)全2

（1.三角輪胎股份有限公司, 山東 威海 264200; 2.中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所, 吉林 長春 130022）

在輪胎氣密層中使用了空氣阻止劑NM360和氯磺化聚乙烯作為增強(qiáng)氣密層性能的新材料。當(dāng)NM360和氯磺化聚乙烯單獨(dú)使用時(shí)，對(duì)氣密層的氣密性能影響不大，但是二者同時(shí)使用時(shí)，氣密層的氣密性大幅上升18%。因此，NM360和氯磺化聚乙烯具有協(xié)同作用，二者的協(xié)同作用可以大大增加氣密層的氣密性能。

空氣阻止劑NM360；氯磺化聚乙烯；輪胎氣密層；氣密性

0 前 言

輪胎氣密層的氣密性對(duì)輪胎的安全性、舒適性和燃油經(jīng)濟(jì)性有著重要的影響,研究高氣壓保持率的輪胎氣密層橡膠配方對(duì)高性能輪胎十分重要。提高輪胎氣密層的氣壓保持率最重要途徑就是選用具有高氣體阻隔性能的聚合物。因?yàn)殇寤』鹉z出色的防氣體滲透能力和良好的互粘性，其一直是輪胎氣密層膠料的主要膠種。但是，溴化丁基橡膠的硫化速度慢、加工性能不好，而且合成工藝復(fù)雜，價(jià)格長期居高不下。氯磺化聚乙烯(MCSM)是聚乙烯經(jīng)過氯化和磺化反應(yīng)后，主鏈上部分氫原子被取代，鏈結(jié)構(gòu)規(guī)整性被破壞，結(jié)晶性下降而變?yōu)槌叵戮哂袕椥缘囊环N橡膠狀聚合物[1-3]。MCSM具有和溴化丁基橡膠相近的物理性能，具有和溴化丁基橡膠相當(dāng)?shù)臍饷苄阅?，并且與溴化丁基橡膠的相容性較好。MCSM等量替代溴化丁基橡膠會(huì)使得氣密層橡膠的氣密性能和力學(xué)性能有所下降，但其具有明顯的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，是一種具有很大發(fā)展前景的氣密層橡膠[4-5]。

提高氣密層膠料氣密性的另一個(gè)途徑是加入具有氣體阻隔能力的填料?？諝庾柚箘┦且环N具有層狀結(jié)構(gòu)的氣體阻隔材料，具有良好的氣體阻隔性能和較低的相對(duì)密度(其相對(duì)密度1.18，炭黑相對(duì)密度1.83)。其中，空氣阻止劑NM360的使用可以使氣密層橡膠的氣密性能有所增加，可以降低輪胎的質(zhì)量和生產(chǎn)成本，是一種具有較大發(fā)展前景的氣密層助劑[6-7]。

本文研究了NM360和MCSM對(duì)輪胎氣密層橡膠的氣密性能和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明， NM360和MCSM單獨(dú)使用沒有增加氣密層橡膠的氣密性能，但二者的協(xié)同作用可以大大增加氣密層橡膠的氣密性能。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要原材料

BIIR，美國?？松梨诨す荆籒M360，鄭州金山化工有限公司；氯磺化聚乙烯，江西華琪橡塑有限公司；炭黑N660，山東貝斯特有限公司；氧化鋅，青島海燕有限公司；硬脂酸，江蘇如皋雙馬化工有限公司。

1.2 主要試驗(yàn)設(shè)備

GK255N型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司；GK400N型密煉機(jī)和KGS150/16D型擠出壓延機(jī)，德國克虜伯公司；Xk-160型開煉機(jī)，沈陽橡膠機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MDR2000型硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；TS-2000M型電子拉力機(jī)，中國臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；RPА2000型橡膠加工分析儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；401B型老化試驗(yàn)箱，江都試驗(yàn)機(jī)械廠；回彈性測(cè)試儀，意大利Gibitre公司。

1.3 試樣制備

小配合實(shí)驗(yàn)?zāi)z料采用兩段混煉工藝，在實(shí)驗(yàn)室小型開煉機(jī)上進(jìn)行。第一段混煉的加料順序?yàn)椋築IIR、MCSM→硬脂酸、氧化鎂、增黏樹脂→炭黑、空氣阻止劑→芳烴油→下片，停放4 h；第二段混煉的加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→促進(jìn)劑、硫磺→下片，停放4 h備用。

大配合實(shí)驗(yàn)?zāi)z料采用三段混煉工藝進(jìn)行。一段和二段混煉在XM370密煉機(jī)上進(jìn)行，轉(zhuǎn)速為30 r/min,一段混煉工藝為：BIIR、MCSM→硬脂酸、氧化鎂、增黏樹脂→炭黑、空氣阻止劑→排膠[(130±5)℃]；二段混煉工藝為：一段混煉膠→炭黑→排膠[(120±5)℃]；三段混煉在GK255密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r/min,混煉工藝為：二段混煉膠→促進(jìn)劑、氧化鋅、硫磺→排膠[（120±5）℃]。

1.4 性能測(cè)試

氣密層橡膠的氣密性委托北京彤程創(chuàng)展科技有限公司測(cè)試，測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 1038—2000《塑料薄膜和薄片氣體透過性試驗(yàn)方法—壓差法》。拉伸性能按照GB/T 528標(biāo)準(zhǔn)，用GT-300型電子拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行；撕裂性能按照GB/ T 530測(cè)試；硬度按照GB/T 531標(biāo)準(zhǔn)，用LX-А型橡膠硬度儀測(cè)試。。

2 結(jié)果與討論

2.1 MCSM對(duì)氣密層橡膠性能的影響

氣密層橡膠配方見表1。

表1 使用MCSM的氣密層橡膠小配合實(shí)驗(yàn)配方

從表2可以看出，MCSM的使用會(huì)降低氣密層橡膠的力學(xué)性能，隨著MCSM份數(shù)的增加，氣密層橡膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率和定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度都會(huì)降低。其中，拉斷伸長率下降明顯，在氣密層中應(yīng)用10、20和30份MCSM膠后，硫化膠的拉斷伸長率分別下降10%、17%和22%。而使用30份MCSM后，硫化膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度分別降低了19%和13%。MCSM橡膠的力學(xué)性能良好，在不添加炭黑補(bǔ)強(qiáng)劑的情況下，生膠的拉伸強(qiáng)度就可以達(dá)到17 MPa。MCSM的加入導(dǎo)致氣密層橡膠力學(xué)性能下降是因?yàn)镸CSM和溴化丁基橡膠的硫化方式 不同引起的。通常，氯磺化聚乙烯的交聯(lián)體系為氧化鎂、氧化鉛等金屬氧化物，以及有機(jī)酸和促進(jìn)劑組成的硫化體系。在本實(shí)驗(yàn)中，側(cè)重于研究氯磺化聚乙烯的氣密性能，而對(duì)其力學(xué)性能不做重點(diǎn)研究，因此，本實(shí)驗(yàn)配方?jīng)]有添加氯磺化聚乙烯的硫化劑，在硫化膠中，氯磺化聚乙烯沒有參與硫化反應(yīng)，因此氯磺化聚乙烯的加入影響了硫化膠的力學(xué)性能。

表2 小配合實(shí)驗(yàn)中MCSM對(duì)氣密層硫化膠性能的影響

2.2 NM360對(duì)氣密層橡膠性能的影響

從表2也可以看出，與正常生產(chǎn)配方相比，使用30份NM360代替陶土后，實(shí)驗(yàn)?zāi)z料的伸長率、定伸應(yīng)力和撕裂強(qiáng)度略有增加，而硫化膠的永久變形降低了15.6%。NM360的使用并沒有使氣密層硫化膠的氣密性能大幅上升，但是，其使用會(huì)增加填料的量，同時(shí)保持較好的力學(xué)性能和透氣系數(shù)，從而大幅降低氣密層膠料的生產(chǎn)成本。因此，在氣密層膠料中使用30份NM360是可行的。

2.3 NM360和MCSM的協(xié)同作用對(duì)氣密層橡膠性能的影響

本實(shí)驗(yàn)采用的氣密層配方如表3所示。

從表4數(shù)據(jù)可以看出，氣密層膠料同時(shí)使用MCSM和NM360后，硫化膠的力學(xué)性能有一定程度降低。單獨(dú)使用MCSM時(shí)，氣密層橡膠的透氣系數(shù)會(huì)上升，所以MCSM膠的氣體阻隔能力低于溴化丁基橡膠。單獨(dú)使用NM360時(shí)，氣密層膠的透氣系數(shù)沒有變化， NM360有一定的氣體阻隔能力，可以替代部分炭黑。當(dāng)同時(shí)使用MCSM和NM360時(shí)，從透氣系數(shù)的數(shù)據(jù)可以看出，氣密層橡膠的透氣系數(shù)大幅下降18%。這說明MCSM和NM360具有協(xié)同作用，可以大幅提高氣密層橡膠的氣體阻隔性能。

表3 使用MCSM和NM360的氣密層的大料實(shí)驗(yàn)配方

表4 大料試驗(yàn)中MCSM和NM360對(duì)氣密層硫化膠性能的影響

3 結(jié) 論

采用溴化丁基橡膠和MCSM膠并用，并同時(shí)使用空氣阻止劑NM360作為填料，膠料的力學(xué)性能有所下降，但并不影響使用，膠料的氣密性有了較大程度提高。高氣體阻隔能力的氣密層對(duì)于保持輪胎的充氣壓力非常重要，而保持輪胎的充氣壓力也是降低輪胎滾動(dòng)阻力的重要途徑之一。另外，MCSM膠和NM360的使用會(huì)降低輪胎的生產(chǎn)成本。使用10份氯磺化聚乙烯和30份NM360并降低炭黑用量，可以降低膠料成本約1.86元/kg。按照11R22規(guī)格全鋼子午胎計(jì)算，每條輪胎可以降低生產(chǎn)成本4.9元，按照每年100萬條的產(chǎn)量計(jì)算，可以節(jié)省成本490余萬元，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。因此，在氣密層配方中使用不超過10份MCSM膠和30份NM360是可行的。

[1] 高秋英, 羅建剛, 余萍. 改性氯磺化聚乙烯橡膠/丁苯橡膠在轎車子午線輪胎氣密層膠中的并用研究[J].輪胎工業(yè)，2012(32)：350-352.

[2] 梁星宇. 改性氯磺化聚乙烯橡膠的性能研究[J]. 世界橡膠工業(yè)，2010(37)：1-3.

[3] 高緒風(fēng), 姜杰，黃義鋼,等. 改性氯磺化聚乙烯橡膠在全鋼載重子午線輪胎氣密層膠中的應(yīng)用[J]. 輪胎工業(yè), 2013(33)：353-356.

[4] 金萬祥. 氧化鉛硫化體系的配合對(duì)氯磺化聚乙烯橡膠性能的影響[J].特種橡膠制品，2011(32)：19-24.

[5] 王巧福, 蔡海軍, 陳家香. 氯磺化聚乙烯橡膠的無鉛硫化[J].橡膠工業(yè), 2011(58)：250-255

[6] 張建勛, 黃義鋼，林向陽, 等. 空氣阻止劑NM360在全鋼載重子午線輪胎氣密層中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè), 2011(31)：229-232.

[7] 余政綱，胡錄偉，袁德彬, 等.改性氯磺化聚乙烯橡膠和空氣阻止劑NM360在全鋼載重子午線輪胎氣密層膠中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè), 2013(33)：408-411.

[責(zé)任編輯：朱 胤]

Synergistic Effect of Air Inhibitor NM360 and CSM on Air Permeability of Inner Liner of TBR Tire

Fan Changliang1, Han Jing1, Liu Enran1, Liu Qian1, Zhang Xuequan2
(1. Triangle Tire Company, Weihai 264200, China; 2. Changchun Institute of Applied Chemistrу, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022, China)

NM360 and MCSM are used in compounds of inner liner of TBR tires to improve the mechanical properties and lower the gas penetration. It is found that when NM360 and MCSM are used separately, none of them could lower the gas penetration significantly. However, when they are used simultaneously, the gas penetration is significantly lowered by 18%. It is speculated the lower of gas penetration is caused by synergistic effect of air inhibitor NM360 and CSM.

Air Inhibitor NM360; Chlorosulfonated Polуe(cuò)thylene; Inner Liner; Air Tightness

TQ336.1

B

1671-8232(2014)08-0033-04

2014-02-18

范長亮（1982—），男，山東臨沂人，博士，目前就職于三角輪胎股份有限公司，主要從事新材料在輪胎中的應(yīng)用研究工作。