溴化丁基橡膠膠料硫化特性穩(wěn)定性的研究

陳 璇，王 冉，王時(shí)正，夏佳靈

（安徽佳通乘用子午線(xiàn)輪胎有限公司，安徽 合肥 230601）

溴化丁基橡膠（BIIR）具有較小的氣體透過(guò)率、較好的耐熱性能和耐老化性能，是全鋼載重子午線(xiàn)輪胎尤其是無(wú)內(nèi)胎全鋼載重子午線(xiàn)輪胎氣密層膠中不可替代的主體材料。采用BIIR氣密層膠的輪胎氣密性能、耐久性能以及氣密層與胎體的粘合性能好[1]，但金屬氧化物在BIIR膠料加工過(guò)程中不易分散，導(dǎo)致膠料硫化特性穩(wěn)定性不佳。

硫化特性穩(wěn)定性是工廠(chǎng)評(píng)價(jià)膠料生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量的一個(gè)重要依據(jù)。硫化特性穩(wěn)定性的影響因素主要有膠料混煉不均、混煉不充分、工藝設(shè)定不合理、測(cè)試儀器異常等。硫化特性穩(wěn)定性差，可以直接反映出膠料混煉質(zhì)量不佳或測(cè)試儀器存在異常。在測(cè)試儀器穩(wěn)定可靠的情況下，各批次膠料質(zhì)量波動(dòng)較大會(huì)影響后續(xù)工序甚至成品輪胎性能，造成生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。

本工作以全鋼載重子午線(xiàn)輪胎BIIR氣密層膠為例，探討混煉工藝對(duì)BIIR膠料性能的影響，以有助于優(yōu)化BIIR膠料的混煉工藝和改善硫化特性穩(wěn)定性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

BIIR，牌號(hào)2222，信匯聚合物（上海）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；預(yù)分散氧化鋅（ZnO-80），安徽含山縣錦華氧化鋅廠(chǎng)產(chǎn)品；硬脂酸，豐益油脂科技（上海）有限公司產(chǎn)品；環(huán)烷油，中國(guó)石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司產(chǎn)品；硫黃，安慶石化華成硫黃廠(chǎng)產(chǎn)品；促進(jìn)劑DM，山東尚舜化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

BIIR100，炭黑N66060，氧化鋅3.5，硬脂酸2，環(huán)烷油6，硫黃0.5，促進(jìn)劑DM 1.5，其他13.5。

1.3 主要設(shè)備和儀器

SY270型密煉機(jī)，上海精元機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GK270型密煉機(jī)，GK橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；Φ660開(kāi)煉機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品；MDR2000型橡膠無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀和炭黑分散儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；EKT-2001M型門(mén)尼粘度儀，曄中科技有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

膠料混煉工藝試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)為4個(gè)，主要調(diào)整氧化鋅和硬脂酸的添加順序以及混煉段數(shù)。

各方案促進(jìn)劑DM均在一段混煉時(shí)加入。方案一為平行對(duì)比方案（一段混煉＋終煉），硬脂酸在一段混煉時(shí)加入，氧化鋅在終煉時(shí)加入。方案二在方案一的基礎(chǔ)上增加了終煉回?zé)捁に?。方案三將硬脂酸由一段混煉時(shí)加入改為二段混煉時(shí)加入。方案四將氧化鋅由終煉時(shí)加入改為二段混煉時(shí)加入。

各方案一段和二段混煉均在SY270型密煉機(jī)上進(jìn)行，終煉在GK270型密煉機(jī)上進(jìn)行。

本工作共進(jìn)行兩輪試驗(yàn)。兩輪試驗(yàn)同一方案的一段和二段混煉工藝一致，第1輪試驗(yàn)終煉開(kāi)煉機(jī)作業(yè)均在單臺(tái)開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，第2輪試驗(yàn)終煉開(kāi)煉機(jī)作業(yè)均在雙臺(tái)開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行。

各方案混煉工藝如下。

各方案的一段混煉工藝為：BIIR、炭黑N660、小料→壓壓砣50 s或溫度達(dá)到120 ℃→環(huán)烷油→壓壓砣20 s→提壓砣→壓壓砣15 s→提壓砣→壓壓砣25 s或至溫度140 ℃→排膠。密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1。

方案三的二段混煉工藝為：一段混煉膠→硬脂酸→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣20 s→提壓砣→壓壓砣15 s→提壓砣→壓壓砣40 s或至溫度140 ℃→排膠。密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1。

方案四的二段混煉工藝為：一段混煉膠→氧化鋅→壓壓砣20 s→提壓砣→壓壓砣20 s→提壓砣→壓壓砣50 s或至溫度130 ℃→排膠。密煉機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1。

各方案終煉工藝為：二段混煉膠、硫化劑和促進(jìn)劑→壓壓砣35 s→提壓砣→壓壓砣30 s→提壓砣→壓壓砣20 s→提壓砣→壓壓砣30 s或至溫度115 ℃→排膠。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1。

方案二的終煉回?zé)捁に嚕航K煉膠→壓壓砣60 s→提壓砣→壓壓砣90 ℃→排膠。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為25 r·min-1。

各方案開(kāi)煉機(jī)作業(yè)均保持一致，即開(kāi)刀落盤(pán)一次，直接出片。

1.5 性能測(cè)試

膠料性能測(cè)試項(xiàng)目均為常規(guī)快檢項(xiàng)目，按照相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。為減小測(cè)試儀器帶來(lái)的誤差、確保測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定性，相同項(xiàng)目在同一臺(tái)測(cè)試儀器上進(jìn)行測(cè)試，且對(duì)測(cè)試儀器進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，確保測(cè)試儀器滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。

硫化特性穩(wěn)定性以變異系數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 混煉時(shí)間

不同混煉工藝方案膠料的混煉時(shí)間如表1所示。

表1 膠料的混煉時(shí)間 s

從表1可以看出：不同混煉工藝方案一段混煉和終煉的混煉時(shí)間相差不大；與方案一相比，方案二、三、四的總混煉時(shí)間延長(zhǎng)80～125 s。

2.2 硫化特性

不同混煉工藝方案膠料的正硫化時(shí)間（t90）如表2所示。

表2 膠料的t90（190 °C） s

從表2可以看出：增加終煉回?zé)捁に嚭?，膠料的t90縮短；使用雙開(kāi)煉機(jī)的第2輪試驗(yàn)?zāi)z料的t90短于使用單開(kāi)煉機(jī)的第1輪試驗(yàn)?zāi)z料，但兩輪試驗(yàn)?zāi)z料的t90均能夠滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

不同混煉工藝方案膠料的硫化特性穩(wěn)定性如表3所示。其中，車(chē)間變異系數(shù)是由某批次每車(chē)膠料的檢測(cè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)偏差除以檢測(cè)項(xiàng)目均值得到的，各方案變異系數(shù)取該批次所有車(chē)次變異系數(shù)的均值。車(chē)內(nèi)變異系數(shù)是指選擇某批次膠料中一車(chē)膠料，均勻取10個(gè)樣，進(jìn)行性能測(cè)試，車(chē)內(nèi)變異系數(shù)計(jì)算方法與車(chē)間變異系數(shù)相同。

表3 膠料的硫化特性穩(wěn)定性（190 °C）

從表3可以看出：第2輪試驗(yàn)中各混煉方案膠料的Fmax和t90車(chē)間及車(chē)內(nèi)變異系數(shù)總體小于第1輪試驗(yàn)，說(shuō)明終煉中使用雙開(kāi)煉機(jī)對(duì)改善膠料中促進(jìn)劑和硫黃的分散具有積極作用；與方案一膠料相比，增加終煉回?zé)捁に嚨姆桨付z料的Fmax和t90車(chē)間及車(chē)內(nèi)變異系數(shù)減小，說(shuō)明增加終煉回?zé)捁に囉欣诟纳颇z料中硫黃的分散性；調(diào)整氧化鋅和硬脂酸加料順序后，膠料的硫化特性穩(wěn)定性沒(méi)有得到明顯改善。

2.3 門(mén)尼粘度

不同混煉工藝方案終煉膠的門(mén)尼粘度如表4所示。各方案膠料的門(mén)尼粘度取該批次膠料的門(mén)尼粘度均值。

表4 膠料的門(mén)尼粘度[ML（1＋4）100 °C]

從表4可以看出：使用單開(kāi)煉機(jī)的第1輪試驗(yàn)?zāi)z料與使用雙開(kāi)煉機(jī)的第2輪試驗(yàn)?zāi)z料門(mén)尼粘度水平相當(dāng)；增加終煉回?zé)捁に嚨姆桨付z料及調(diào)整氧化鋅和硬脂酸加料順序的方案三和四膠料門(mén)尼粘度與方案一膠料差異不大。

2.4 焦燒性能

不同混煉工藝方案終煉膠的門(mén)尼焦燒時(shí)間如表5所示。各方案膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間取該批次膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間均值。

表5 膠料的門(mén)尼焦燒時(shí)間t5（130 °C） min

從表5可以看出：使用單開(kāi)煉機(jī)的第1輪試驗(yàn)?zāi)z料與使用雙開(kāi)煉機(jī)的第2輪試驗(yàn)?zāi)z料門(mén)尼焦燒時(shí)間水平相當(dāng)；增加終煉回?zé)捁に嚰罢{(diào)整氧化鋅和硬脂酸加料順序?qū)δz料焦燒性能的影響不大。

2.5 炭黑分散性能

不同混煉工藝方案膠料的炭黑分散性能如表6所示。

表6 膠料的炭黑分散X值

從表6可以看出：與使用單開(kāi)煉機(jī)的第1輪試驗(yàn)?zāi)z料相比，使用雙開(kāi)煉機(jī)的第2輪試驗(yàn)?zāi)z料的炭黑分散X值略有增大；增加終煉回?zé)捁に噷?duì)膠料的炭黑分散性能有一定提升，但提升幅度不大；調(diào)整氧化鋅和硬脂酸加料順序?qū)δz料炭黑分散性能的影響不明顯。

2.6 工藝性能

各方案膠料混煉過(guò)程無(wú)異常，滿(mǎn)足工藝要求。一段混煉膠、二段混煉膠和終煉膠表面光滑，無(wú)麻面，無(wú)焦燒和無(wú)自硫化疙瘩。膠料壓延時(shí)，壓延出口溫度正常。氣密層半成品表面光滑，無(wú)焦燒和無(wú)自硫化疙瘩，尺寸滿(mǎn)足技術(shù)要求。

3 結(jié)論

（1）終煉時(shí)使用雙開(kāi)煉機(jī)或增加終煉回?zé)捁に?，BIIR氣密層膠的硫化特性穩(wěn)定性改善，膠料的門(mén)尼粘度和門(mén)尼焦燒時(shí)間變化不大，炭黑分散性能有一定幅度提升。

（2）調(diào)整氧化鋅和硬脂酸的加料順序?qū)Ω纳颇z料硫化特性穩(wěn)定性的作用不明顯。

綜合來(lái)說(shuō)，在BIIR膠料生產(chǎn)中使用雙開(kāi)煉機(jī)并結(jié)合終煉回?zé)捁に噷?duì)改善膠料硫化特性穩(wěn)定性具有積極作用，但需要關(guān)注膠料t90的變化。企業(yè)可以結(jié)合自身實(shí)際工藝和生產(chǎn)效率要求，有針對(duì)性地調(diào)整生產(chǎn)工藝，以提高膠料生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性，提升成品品質(zhì)。