均勻劑RH-100在斜交輪胎氣密層中的應(yīng)用

呂 強(qiáng)，董愛景，茍登峰

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008）

輪胎氣密層一般采用天然橡膠（NR）與鹵化丁基橡膠的共混體系，從分子極性看，NR是非極性橡膠，而溴化丁基橡膠（BIIR）則略顯極性；從分子鏈段的活動(dòng)性看，NR分子鏈段上只有一個(gè)側(cè)甲基，鏈段活動(dòng)性強(qiáng)，BIIR分子鏈段上側(cè)甲基質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，體積效應(yīng)大，所以鏈段活動(dòng)性較低。這些差異造成兩種橡膠的溶解度參數(shù)和界面張力差值較大，從而影響兩膠的互容性[1]。為了解決共混體系的相容問題，一般是在共混體系中加入均勻劑。均勻劑的化學(xué)成分大多為脂肪烴樹脂、環(huán)烷烴樹脂和芳香烴樹脂等不同極性的低相對(duì)分子質(zhì)量樹脂的混合物，可以對(duì)不同極性的聚合物表面產(chǎn)生潤(rùn)濕、吸附、極化作用，在聚合物分子之間起到溶劑化作用，使不同極性的聚合物分子之間容易相互移動(dòng)，達(dá)到共混的目的[2]。

本工作主要研究均勻劑RH-100在斜交輪胎氣密層中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，5#標(biāo)準(zhǔn)膠，海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品；BIIR，牌號(hào)BBK232，俄羅斯產(chǎn)品；均勻劑RH-100，連云港銳巴化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR/BIIR 100，炭黑N660 60，氧化鋅和硬脂酸 4，氧化鎂 0.3，油 4，石油樹脂和204樹脂 6，均勻劑40MSF 3，硫黃 0.6，促進(jìn)劑DM 1.5。

試驗(yàn)配方以均勻劑RH-100等量替代均勻劑40MSF，其余均同生產(chǎn)配方。

1.3 主要設(shè)備和儀器

254 mm（10英寸）開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；3 L密煉機(jī)和F270型密煉機(jī)，英國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；XM140/20型密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；XLB-Q 500×500×2型50 t平板硫化機(jī)（蒸汽），青島巨融機(jī)械技術(shù)有限公司產(chǎn)品；M200E型門尼粘度試驗(yàn)機(jī)和T2000E型電子拉力機(jī)，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；401A型老化烘箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；Q800型動(dòng)態(tài)粘彈譜儀，美國(guó)TA公司產(chǎn)品；RPA2000型橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉，一段混煉在3 L密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：轉(zhuǎn)速80 r·min-1，生膠均勻劑等小料炭黑、油提壓砣→壓壓砣提壓砣，轉(zhuǎn)速60 r·min-1→排料（155～160 ℃）；二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行，一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑、氧化鋅過輥6～8次后，薄通6次混煉均勻后下片。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉，一段混煉工藝為：轉(zhuǎn)速40 r·min-1，生膠、均勻劑等小料→壓壓砣炭黑→油（125 ℃）→排料（125 ℃）；二段混煉工藝為：轉(zhuǎn)速20 r·min-1，一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑、氧化鋅→壓壓砣提壓砣→排料（105 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

（1）粘彈性。采用RPA2000型橡膠加工分析儀測(cè)試，應(yīng)力松弛試驗(yàn)條件為：預(yù)熱 60 s，測(cè)試溫度 50 ℃，測(cè)試時(shí)間 240 s，應(yīng)變 2°。

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（2）動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。混煉膠采用RPA2000型橡膠加工分析儀測(cè)試，試驗(yàn)條件為：溫度 50 ℃，應(yīng)變 2°；硫化膠采用動(dòng)態(tài)粘彈譜儀測(cè)試，試驗(yàn)條件為：頻率 5 Hz，應(yīng)力 0.4 MPa，溫度范圍-20～+100 ℃。

其他性能均按相應(yīng)的國(guó)家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化分析

均勻劑RH-100和40MSF的理化分析結(jié)果如表1所示。

表1 兩種均勻劑的理化分析結(jié)果

由表1可以看出，兩種均勻劑的各項(xiàng)理化性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 紅外光譜分析

均勻劑RH-100和40MSF的紅外光譜如圖1所示。

圖1 兩種均勻劑的紅外光譜

從圖1可以看出，均勻劑RH-100和40MSF的吸收峰基本一致，在680～800 cm-1和1 370～1 610 cm-1之間都出現(xiàn)的吸收峰可推知均勻劑中含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)，而在2 800～3 000 cm-1之間出現(xiàn)了因—CH2和—CH3振動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)吸收峰。由此可見，均勻劑RH-100和40MSF的組分基本相同，都是含有芳香烴樹脂和脂肪烴樹脂組成的混合物或化合物。

2.3 混煉瞬時(shí)電流

膠料的混煉瞬時(shí)電流如圖2所示。

圖2 膠料的混煉瞬時(shí)電流

從圖2可以看出，在相同混煉工藝下試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料的能耗沒有太大差異，因此認(rèn)為均勻劑RH-100替代均勻劑40MSF在混煉能耗上沒有變化。

2.4 粘彈性

圖3 混煉膠的應(yīng)力松弛曲線

從圖3可以看出：試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料的松弛速度基本一致；從20 s開始，松弛趨于穩(wěn)定，試驗(yàn)配方膠料的松弛程度比生產(chǎn)配方膠料略小，但差異不大。這種差異是在正常生產(chǎn)控制范圍之內(nèi)，由此可見替換使用均勻劑RH-100對(duì)加工時(shí)的尺寸穩(wěn)定性影響不大。

2.5 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

混煉膠的損耗因子（tanδ）與頻率的關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 混煉膠的tanδ-頻率曲線

通常認(rèn)為混煉膠的tanδ越大，其塑性相對(duì)越大，加工時(shí)越具有較好的流動(dòng)性。由圖4可以看出：試驗(yàn)配方膠料的tanδ比生產(chǎn)配方膠料小，說明均勻劑RH-100對(duì)分子運(yùn)動(dòng)性的影響比均勻劑40MSF小，對(duì)流動(dòng)性有一定影響；但從氣密層保氣的角度看，并不希望分子的運(yùn)動(dòng)能力太好。

硫化膠的tanδ-溫度曲線如圖5所示。

圖5 硫化膠的tanδ-溫度曲線

均勻劑的主要作用就是通過改善極性差異大的兩種橡膠的相容性來提高共混膠性能。共混膠的相容性可以用其玻璃化溫度來表征，相容性愈好，兩種橡膠的玻璃化溫度愈靠近，直至重合，共混物的轉(zhuǎn)變區(qū)域就愈窄。從圖5可以看出，試驗(yàn)配方膠料的溫度掃描曲線略向左移，轉(zhuǎn)變區(qū)峰寬收窄，相容效果有所改善。因此可以推斷，均勻劑RH-100具有不低于均勻劑40MSF的相容效果。

2.6 炭黑分散性

混煉膠的炭黑分散照片如圖6所示。

圖6 混煉膠的炭黑分散照片

從圖6可以看出，在相同混煉工藝下，生產(chǎn)配方膠料的炭黑顆粒比試驗(yàn)配方膠料大，且分布不均勻，試驗(yàn)配方膠料的炭黑顆粒較小，且分散均勻性好。由此說明，與均勻劑40MSF相比，均勻劑RH-100對(duì)炭黑有更好的分散效果。

以上試驗(yàn)均為小配合試驗(yàn)。

2.7 硫化特性

膠料的硫化特性如表2所示。

表2 膠料的硫化特性（145 ℃）

從表2可以看出，試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料的硫化特性差異不大，但大配合試驗(yàn)?zāi)z料的t10比小配合試驗(yàn)?zāi)z料有一定縮短，主要是終煉時(shí)硫化劑的加入工藝不同：小配合試驗(yàn)是在開煉機(jī)上加入，而大配合試驗(yàn)是在密煉機(jī)中加入。

2.8 物理性能

硫化膠的物理性能如表3所示。

表3 硫化膠的物理性能

從表3可以看出：無(wú)論是小配合試驗(yàn)還是大配合試驗(yàn)，試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方硫化膠的主要物理性能均相差不大，試驗(yàn)配方膠料的氣密性能略優(yōu)。大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度均比小配合試驗(yàn)?zāi)z料有所降低，主要是由于大配合試驗(yàn)?zāi)z料經(jīng)過過濾工藝而使性能下降。但總體來看，以均勻劑RH-100替代均勻劑40MSF，硫化膠的綜合性能變化不大。

3 結(jié)論

通過以上對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，均勻劑RH-100在微觀組成上與均勻劑40MSF相同，而且混煉膠的混煉能耗、相容效果和加工性能以及硫化膠的物理性能也達(dá)到了均勻劑40MSF的水平，炭黑分散性和氣密性能提高。在斜交輪胎氣密層配方中加入均勻劑RH-100，完全可以滿足生產(chǎn)工藝及使用性能要求。