改性內(nèi)胎膠粉在自行車內(nèi)胎膠料中的應(yīng)用

臧亞南，楊政，陳啟鵬

(徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221140)

我國是自行車大國，自行車內(nèi)胎的質(zhì)量好壞對自行車的使用起著至關(guān)重要的作用。以丁基橡膠或者是鹵化丁基橡膠為主體材料的內(nèi)胎具有良好的氣密性、耐老化性等性能，但價(jià)格較高[1]。丁基再生膠可部分替代丁基橡膠用于自行車內(nèi)胎配方中[2]，提高產(chǎn)品的性價(jià)比。但是常見的內(nèi)胎再生膠再生過程容易產(chǎn)生污染，不能滿足環(huán)保要求。而內(nèi)胎膠粉通過將回收的廢舊內(nèi)胎、邊角料直接通過機(jī)械方式粉碎而得[3]，此過程不會(huì)產(chǎn)生污染物質(zhì)，是回收利用廢舊橡膠最有效的方法之一。所制得的膠粉為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，化學(xué)活性較差，與其他材料間的相容性較差，需進(jìn)行表面改性[4]。本文主要研究內(nèi)胎膠粉的用量及改性劑品種對自行車內(nèi)胎的性能影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

溴化丁基橡膠（BIIR） 2222：美國?？松梨诠荆怀溆鸵冶鹉z G5455，充油量50%，德國朗盛公司；橡膠再生劑RV2，河北瑞威科技有限公司；201樹脂，山西化工研究所；其他配合劑均為市售工業(yè)品。

1.2 基本配方（質(zhì)量份）

BIIR 90，充油乙丙橡膠10，N550 60，碳酸鈣20，云母 10，ZnO 5，SA 2，防老劑 2，促進(jìn)劑1，硫磺1，201樹脂3，改性膠粉變量，其他材料適量。

1.3 試樣制備

膠粉、云母在100℃的烘箱中干燥4 h，待用。將云母碳酸鈣按照配方比例置于高混機(jī)中，添加一定量的硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性。將膠粉先在開煉機(jī)中塑煉成片，再添加一定量改性劑（再生劑和黏合劑）在開煉機(jī)中混煉一定時(shí)間后得到改性膠粉，待用。

根據(jù)基本配方稱量所需各種配合劑，在開煉機(jī)中將BIIR、充油EPDM和改性膠粉混煉均勻，依次加入氧化鋅、硬脂酸、防老劑、N550、云母和碳酸鈣、機(jī)油等，最后加入硫磺和201樹脂薄通至混煉均勻后下片。

將所得混煉膠稱重并置于模板中，在平板硫化機(jī)上于170℃進(jìn)行硫化。在室溫下放置24 h后，制成試樣。

1.4 性能測試及防水卷材的相關(guān)指標(biāo)

試樣的硬度測試按照GB/T531.1—2008進(jìn)行，拉伸性能測試按照GB/T 528—2009進(jìn)行，撕裂性能按照GB/T 529—2008進(jìn)行。自行車內(nèi)胎的部分指標(biāo)參見企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，見表1所示。

表1 自行車內(nèi)胎胎身部分性能指標(biāo)

2 結(jié)果與討論

2.1 改性膠粉用量對自行車內(nèi)胎的性能影響

膠粉的大量加入不利于薄壁制品的生產(chǎn)，所以本實(shí)驗(yàn)研究膠粉的用量對熱塑性彈性體的性能影響。為了在加入膠粉的同時(shí)保持自行車內(nèi)胎的氣密性，本實(shí)驗(yàn)添加了少量白云母。白云母屬層狀硅酸鹽，一定量白云母的加入能夠提高材料的力學(xué)性能、耐熱性和氣密性。因?yàn)槟z粉和白云母與配方中的BIIR和充油乙丙橡膠的相容性差，所以在使用前均需要進(jìn)行改性。白云母采用一定量的硅烷偶聯(lián)劑改性，膠粉采用河北瑞威公司生產(chǎn)的橡膠再生劑RV2改性。橡膠再生劑RV2無毒、環(huán)保，主要通過形成配位鍵減小S—S鍵和S—C的鍵能，經(jīng)過常溫開煉機(jī)機(jī)械力的作用，斷開交聯(lián)鍵形成游離基，游離基與RV2中的原子或者基團(tuán)結(jié)合可形成穩(wěn)定的物質(zhì)。當(dāng)再次硫化時(shí)，可將硫原子釋放，可減少外來硫化劑的添加量。通過RV2再生的橡膠可保持較高的物理機(jī)械性能，再生程度可達(dá)到原膠的75%～90%[5]。經(jīng)過改性后的膠粉改變其用量加入到自行車內(nèi)胎配方中，研究膠粉用量對熱塑性彈性體的性能影響，結(jié)果見表2和圖1所示。

表2 改性膠粉用量對自行車內(nèi)胎膠料性能的影響

從表2和圖1可以看出，就硫化特性而言，隨著膠粉用量的增加，MH略有增加，說明膠粉的加入提高了膠料的硬度；ML增大說明膠料的流動(dòng)性變差。門尼黏度隨著膠粉用量的增加而增加，說明隨著膠粉用量的增多，膠料不易擠出加工，加工性能變差。邵氏A硬度的變化規(guī)律與MH的變化規(guī)律相同，拉伸強(qiáng)度和300%定伸應(yīng)力隨著膠粉用量的增加先略有上升后逐漸下降，最大伸長率隨膠粉用量的增加而呈下降趨勢。對比企業(yè)的性能標(biāo)準(zhǔn)，膠粉用量為10份、15份、20份的膠料門尼黏度超過指標(biāo)要求，膠粉用量為20份的膠料硬度也超過指標(biāo)要求，需要進(jìn)一步調(diào)整配方。

2.2 膠粉改性劑對自行車內(nèi)胎的性能影響

為了改善膠粉的性能，在使用再生劑RV2的基礎(chǔ)上添加了軟化劑、增黏劑對膠粉進(jìn)行改性，提高膠粉和其他基體材料間的相容性。同時(shí)為了降低膠料的邵氏A硬度和門尼黏度在配方體系中增大了機(jī)油的用量（增加5份），結(jié)果見表3和圖2所示。

圖1 膠粉用量對自行車內(nèi)胎膠料力學(xué)性能的影響

從表3和圖2可以看出，在膠粉改性時(shí)除了再生劑RV2外又添加了軟化劑或者增黏劑所制備的膠料與只添加再生劑RV2改性的膠粉所制備膠料相比，焦燒時(shí)間和正硫化時(shí)間變化較?。惶砑榆浕瘎┗蛘咴鲳┡c再生劑共同改性膠粉以及增加機(jī)油的雙重作用下，MH、ML和門尼黏度都有所下降。就力學(xué)性能而言，加入RV2分別與DF-1101石油樹脂和BN-1增黏樹脂并用改性膠粉所制備的膠料邵氏A硬度較小，能夠滿足指標(biāo)的要求；使用RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的膠料拉伸強(qiáng)度和300%定伸應(yīng)力較大，使用RV2/RX-80樹脂改性膠粉所制備的膠料拉伸強(qiáng)度和300%定伸應(yīng)力較小；使用RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的膠料最大伸長率較大，使用RV2/DF-1101石油樹脂改性膠粉所制備的膠料最大伸長率較大。從以上結(jié)果可以看出，使用RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的膠料性能較好，且能夠滿足企業(yè)的要求。

表3 膠粉改性劑對自行車內(nèi)胎膠料性能的影響

圖2 膠粉改性劑對自行車內(nèi)胎膠料力學(xué)性能的影響

2.3 氣密性分析

將RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的膠料進(jìn)行氣密性測試，結(jié)果見表4所示。

從表4可以看出，添加了20份膠粉的膠料透氣量、透氣系數(shù)低，膠粉的少量加入沒有對自行車內(nèi)胎的氣密性產(chǎn)生不良影響，可以添加到自行車內(nèi)胎配方中提高產(chǎn)品的性價(jià)比，同時(shí)對資源的回收利用起到積極作用。

表4 RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉制備的膠料氣密性測試

3 結(jié)論

（1）隨著改性膠粉用量的增加，所制備得自行車內(nèi)胎膠料加工性能變差、邵氏A硬度增加，拉伸強(qiáng)度和300%定伸應(yīng)力先小幅上升后下降，最大伸長率有下降趨勢。

（2）采用不同改性劑改性膠粉，當(dāng)其用量為20份時(shí)使用橡膠再生劑RV2/BN-1增黏樹脂并用作為膠粉改性劑的所制備的內(nèi)胎膠料性能最優(yōu)。

（3）對RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的內(nèi)胎膠料其進(jìn)行氣密性測試，其透氣量較小、滲透系數(shù)較低，膠粉的加入沒有對內(nèi)胎的氣密性產(chǎn)生不良影響。

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[1]王改鋒，盧峰，朱燚. 膠易素T-78Q在自行車內(nèi)胎中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè)，2014,34(1):43～45.

[2]宋泰愚，李長繼.丁基橡膠再生膠在自行車內(nèi)胎配方中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè)，2012,32(2):98～100.

[3]祁運(yùn)鳳.膠粉/塑料熱塑性彈性體研究[D].昆明:昆明理工大學(xué)，2002.

[4]吳明生，周海妮. 廢輪胎膠粉力化學(xué)改性研究[J].橡膠工業(yè)，2014,61(6):325～329.

[5]馬瑞剛，馬亦驍.廢橡膠環(huán)境友好型再生技術(shù)[J].輪胎工業(yè)，2015,35(1):12～15.