EXXPRO在全鋼子午線輪胎氣密層膠中的應(yīng)用

金振渙，江 偉，陳 生，胡金龍

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018）

現(xiàn)代充氣輪胎是由許多專用部件組成并經(jīng)過巧妙設(shè)計的產(chǎn)品。輪胎氣密層的作用是密封空氣，以使從輪胎中擴(kuò)散出的空氣量減至最小。氣密層有助于保持輪胎適當(dāng)?shù)某錃鈮毫Αp小滾動阻力，提高耐久性能、操縱性能和行駛性能，阻止輪胎內(nèi)的氧氣和水蒸氣滲透，防止輪胎部件氧化和鋼絲簾線腐蝕。溴化丁基橡膠（BIIR）的低透氣性能和透水性能、高耐熱性能和耐屈撓性能以及能夠與高不飽和橡膠共硫化的綜合性能使其成為輪胎氣密層膠的主要膠種[1-4]。

EXXPRO1603是?？松梨诨す鹃_發(fā)的一種新型特種彈性體，它是一種溴化聚合物，由異丁烯和對甲基苯乙烯（PMS）共聚制得，溴化反應(yīng)選擇性地發(fā)生在PMS的甲基基團(tuán)上，提供活性芐基溴官能團(tuán)，EXXPRO1603具體分子結(jié)構(gòu)見圖1。與其他BIIR相比，EXXPRO1603分子鏈完全飽和，溴化對甲基苯乙烯基團(tuán)的加入增大了橡膠分子間的空間位阻，使氣體更加難以透過。

圖1 EXXPRO1603的分子結(jié)構(gòu)式

在全鋼子午線輪胎使用過程中，由于輪胎滾動變形生熱以及壓縮胎里空氣，胎里溫度急劇上升。根據(jù)市場調(diào)查，目前很多物流公司為追求送貨的時效性和車輛的運(yùn)轉(zhuǎn)率，實(shí)行甩掛方法，使得車頭輪胎（導(dǎo)向輪、驅(qū)動輪）使用時間在18 h·d-1以上，平均行駛5 h左右進(jìn)服務(wù)區(qū)休息，導(dǎo)致氣密層長期在高溫條件下工作，因此，氣密層在高溫條件下的氣密性尤為重要。

本工作研究EXXPRO1603在全鋼子午線輪胎氣密層膠中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產(chǎn)品；BIIR2222和EXXPRO1603，?？松梨诨す井a(chǎn)品；炭黑N660，上?？ú┨鼗び邢薰井a(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

全BIIR膠料配方：BIIR 100，炭黑N660 50，其他 30.9，合計 180.9。配方1和2中的BIIR分別為EXXPRO1603和BIIR2222。

BIIR/NR并用膠配方：NR 20，BIIR 80，炭黑N660 50，其他 29.1，合計 179.1。配方3和4中的BIIR分別為EXXPRO1603和BIIR2222。

1.3 主要設(shè)備和儀器

PHM-2.2型1.8 L密煉機(jī)，璧宏機(jī)械工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；SK-160型開煉機(jī)，無錫第一橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；XLB-400×400型平板硫化機(jī)，湖州宏僑橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；MV2000門尼粘度儀和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；XY-1型橡膠硬度計，北京化工機(jī)械廠產(chǎn)品；GT-TCS-2000型拉力試驗(yàn)機(jī)，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；EPLEXOR 500N型粘彈譜儀，德國GABO公司產(chǎn)品；VAC-V2型氣密性檢測儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料分兩段混煉，一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，溫控水溫度設(shè)定為60 ℃；二段混煉在開煉機(jī)上進(jìn)行。

一段混煉工藝如下：密煉室溫度達(dá)到60 ℃時加入生膠（30 s）→炭黑及小料（升溫至95 ℃）→操作油（升溫到130 ℃）→排膠。

二段混煉工藝如下：加入一段混煉膠混煉均勻→硫黃和促進(jìn)劑，左右切割各3次→手動交替打卷和三角包各5次→出片。

膠料在室溫下放置24 h后，采用無轉(zhuǎn)子硫化儀測定硫化曲線，溫度為151 ℃。膠料在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為151 ℃×（t90+2 min）。

1.5 性能測試

為了提高重現(xiàn)性，每個配方膠料進(jìn)行3次測試，取平均值。

（1）物理性能。各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國家或企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，撕裂強(qiáng)度采用新月形試樣。

（2）動態(tài)力學(xué)性能。采用粘彈譜儀在拉伸模式、頻率為20 Hz、拉伸率為（10%±0.25%）條件下測定損耗因子（tanδ）。

（3）氣密性。為驗(yàn)證試驗(yàn)氣密層膠在實(shí)際使用過程中的溫度，利用室內(nèi)機(jī)床模擬輪胎實(shí)際使用情況，將智能芯片貼于輪胎氣密層上，試驗(yàn)輪胎為12R22.5 18PR導(dǎo)向輪胎，按照企業(yè)室內(nèi)耐久性試驗(yàn)條件（見表1）測試耐久性試驗(yàn)過程中氣密層膠表面溫度及壓力變化。

表1 室內(nèi)耐久性試驗(yàn)條件

為模擬試驗(yàn)氣密層實(shí)際使用情況，氣密性測試條件設(shè)定如下：測試模式 模糊測試，抽真空時間6 h，壓力 300～600 Pa，測試常溫條件下老化前后以及高溫條件下膠料的透氣率。

2 結(jié)果與討論

2.1 全BIIR配方

2.1.1 硫化特性

Fmax-FL在一定程度上可以表征硫化膠的交聯(lián)程度，其值越大，交聯(lián)程度越高；FL可反映膠料的加工流動性。

全BIIR配方膠料的硫化特性見表2。

由表2可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，膠料的門尼粘度略有增大，門尼焦燒時間有所延長，F(xiàn)max-FL增大，F(xiàn)L基本不變，t10和t90有所延長，結(jié)果表明使用EXXPRO1603后膠料的交聯(lián)程度和加工安全性提高。

表2 全BIIR配方膠料的硫化特性

2.1.2 物理性能

全BIIR配方硫化膠的物理性能測試結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222后，硫化膠的拉伸強(qiáng)度相當(dāng)，硬度和定伸應(yīng)力明顯提高。這是由于EXXPRO1603中含有PMS基團(tuán)。

表3 全BIIR配方硫化膠的物理性能

2.1.3 動態(tài)力學(xué)性能

在橡膠行業(yè)中，通常用動態(tài)力學(xué)性能中60 ℃時的tanδ來評估輪胎的滾動阻力，60 ℃時的tanδ越小，滾動阻力越低。配方1和2硫化膠在60 ℃時的tanδ分別為0.267和0.265?？梢娫谌獴IIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化膠60 ℃時的tanδ有所增大，但增幅很小，這也是由EXXPRO1603中含有的PMS基團(tuán)導(dǎo)致的。

2.1.4 氣密性

測試時間和負(fù)荷對氣密層表面溫度和壓力的影響如表4所示。

表4 測試時間和負(fù)荷對氣密層表面溫度和壓力的影響

由表4可以看出，隨著耐久性測試時間的延長及負(fù)荷的增大，氣密層表面溫度和壓力急劇上升，臨近損壞時氣密層表面溫度達(dá)到115 ℃，胎里壓力由930 kPa上升至1 220 kPa。

根據(jù)輪胎實(shí)際使用情況，測試了硫化膠常溫（23 ℃）和高溫（50和70 ℃）下的氣密性，結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，不同測試條件下硫化膠的透氣率均有所減小，高溫下尤為明顯，70 ℃下膠料的透氣率減小幅度達(dá)到20%。

表5 全BIIR配方膠料透氣率測定結(jié)果10-14cm2·（Pa·s）-1

2.2 BIIR/NR并用配方

2.2.1 硫化特性

BIIR/NR并用膠的硫化特性見表6。

表6 BIIR/NR并用膠的硫化特性

由表6可以看出：在BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，膠料的門尼粘度略有增大，門尼焦燒時間有所延長，加工安全性提高；Fmax-FL增大，交聯(lián)程度提高，F(xiàn)L基本不變，t10和t90有所延長，這與全BIIR配方膠料的變化趨勢相同。

2.2.2 物理性能

BIIR/NR并用膠的物理性能測試結(jié)果如表7所示。

表7 BIIR/NR并用膠的物理性能

由表7可以看出，在BIIR/NR并用配方中使用EXXPEO1603等量替代BIIR2222，硫化膠的拉伸強(qiáng)度有所下降，硬度、定伸應(yīng)力和拉斷伸長率提高，撕裂強(qiáng)度不變。這是由于相較于BIIR2222，EXXPRO1603中的PMS基團(tuán)與NR的相容性較差，使得NR與EXXPRO1603相分散較差，從而導(dǎo)致硫化膠的拉伸強(qiáng)度降低。

2.2.3 動態(tài)力學(xué)性能

BIIR/NR并用配方3和4硫化膠在60 ℃時的tanδ分別為0.225和0.224?？梢钥闯?，BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化膠60 ℃時的tanδ略有增大，這與全BIIR配方硫化膠的變化趨勢相同。

2.2.4 氣密性

BIIR/NR并用膠的氣密性測試結(jié)果見表8。

由表8可見，在BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化膠的透氣率大幅減小，這與全BIIR配方硫化膠的變化趨勢相同。

表8 BIIR/NR并用膠的透氣率測定結(jié)果10-14cm2·（Pa·s）-1

3 結(jié)論

本工作研究EXXPRO1603在全鋼子午線輪胎氣密層膠中的應(yīng)用。結(jié)果表明：在全BIIR配方和BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，膠料的交聯(lián)程度和加工安全性提高，硫化膠的物理性能變化不明顯，氣密性，尤其是高溫條件下的氣密性顯著提高。以EXXPRO1603替代BIIR2222用于全鋼子午線輪胎氣密層膠中，可降低輪胎充氣壓力損失率，減少氧氣和水蒸氣的滲透，延長輪胎使用壽命。