EXXPRO對(duì)全溴化丁基橡膠膠料氣密性的影響

陸曉祺，黃大業(yè)，陳 立，王丹靈

（中策橡膠集團(tuán)股份有限公司，浙江 杭州 310018）

輪胎是一種極其復(fù)雜的橡膠制品，而輪胎氣密層是層壓到無(wú)內(nèi)胎輪胎內(nèi)部的一個(gè)薄橡膠層。氣密層的主要功能是保持氣壓穩(wěn)定，經(jīng)配方設(shè)計(jì)制成的氣密層可提供良好的氣密性、耐屈撓疲勞性能、耐老化性能及與胎體良好的粘合性能[1-2]。如果輪胎氣密層的氣密性較好，出現(xiàn)胎壓不足的可能性就很小，即可以節(jié)省油耗，消費(fèi)者也就無(wú)需經(jīng)常檢查[3-4]。

EXXPRO是?？松梨诨す鹃_(kāi)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(duì)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，能提供活性芐基溴官能團(tuán)[5-6]。與一般溴化丁基橡膠（BIIR）[7-8]相比，EXXPRO分子鏈增加的PMS基團(tuán)有效地提高了分子鏈堆積密度，使氣體更加難以透過(guò)。EXXPRO的使用可使輪胎氣密層質(zhì)量減小80%，且在防漏氣方面表現(xiàn)更佳[9-10]。

本工作主要研究?jī)煞N牌號(hào)EXXPRO等量部分或全部替代BIIR對(duì)輪胎氣密層膠性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

EXXPRO，牌號(hào)3563和3745；BIIR，牌號(hào)2222，?？松梨诨す井a(chǎn)品，基本性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 EXXPRO和BIIR的基本性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

PHM-2.2型小密煉機(jī)，璧宏機(jī)械工業(yè)股份有限公司產(chǎn)品；S（X）K-160型開(kāi)煉機(jī)，上海市拓林輕化機(jī)械廠產(chǎn)品；M200E型門(mén)尼粘度儀，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；GT-2000A型無(wú)轉(zhuǎn)子硫化儀，上海諾甲儀器儀表有限公司產(chǎn)品；TS-2000M型拉力試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品；VR-7120型動(dòng)態(tài)熱機(jī)械分析（DMA）儀，日本UESHIMA公司產(chǎn)品；VAC-V2型氣密性檢測(cè)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，均在小密煉機(jī)中進(jìn)行，出片在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行。

一段混煉密煉機(jī)的填充因數(shù)為0.8，密煉室溫度為60 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為55 r·min-1?；鞜捁に嚾缦拢杭尤肷z→壓壓砣30 s→加入全部炭黑、操作油和小料→壓壓砣，升溫至100 ℃→提壓砣，清掃→壓壓砣，混煉至130 ℃→提壓砣→排膠→開(kāi)煉機(jī)過(guò)輥2次后出片。二段混煉密煉機(jī)的填充因數(shù)為0.64，密煉室溫度為40 ℃，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1?；鞜捁に嚾缦拢杭尤胍欢位鞜捘z和硫化劑→壓壓砣，升溫至75 ℃→提壓砣，清掃→壓壓砣，混煉至95 ℃→提壓砣→排膠→開(kāi)煉機(jī)過(guò)輥2次后出片?；鞜捘z在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為160 ℃×15 min。

1.5 性能測(cè)試

（1）動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。采用DMA儀測(cè)試硫化膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，測(cè)試條件為：應(yīng)變 7%±2%，溫度范圍 30～80 ℃，升溫速率 2 ℃·min-1，頻率10 Hz。

（2）氣密性。在相同測(cè)量溫度下，對(duì)相同表面積的硫化試樣進(jìn)行氣體滲透損失測(cè)試，根據(jù)氣壓損失評(píng)價(jià)膠料的氣密性。為了提高EXXPRO對(duì)氣密層膠氣密性影響的重現(xiàn)性，每個(gè)膠料配方進(jìn)行3次氣密性試驗(yàn)，對(duì)透氣率取平均值。

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

2 結(jié)果與討論

2.1 硫化特性和物理性能

不同配方膠料的硫化特性見(jiàn)表3。

從表3可以看出：采用EXXPRO等量部分或全部替代BIIR后，膠料的交聯(lián)密度（Fmax－FL）增大，這與EXXPRO中存在的PMS基團(tuán)有關(guān)；其中3#配方膠料的Fmax－FL最大，這一方面是受PMS基團(tuán)的影響，另一方面是因?yàn)殇搴枯^高也增加了交聯(lián)點(diǎn)，提高了硫化膠的交聯(lián)密度。隨著EXXPRO3563或3745替代量的增大，膠料的t10延長(zhǎng)，t90縮短，門(mén)尼焦燒時(shí)間基本保持不變，說(shuō)明PMS基團(tuán)可提高分子鏈中鹵素原子的反應(yīng)活性。

表3 不同配方膠料的硫化特性

不同配方硫化膠的物理性能見(jiàn)表4。

表4 不同配方硫化膠的物理性能

從表4可以看出：隨著EXXPRO3745替代量的增大，硫化膠的硬度和定伸應(yīng)力提高，而拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率降低；而隨著EXXPRO3563替代量的增大，硫化膠的300%定伸應(yīng)力先下降后提高，而拉伸強(qiáng)度先提高后下降。以此推測(cè)，較少的PMS基團(tuán)含量可提高分子鏈間纏結(jié)，物理性能提高，但隨著PMS基團(tuán)含量的增大，分子鏈剛性提高，反而使物理性能降低。此外，EXXPRO3745的高溴含量促進(jìn)了膠料的交聯(lián)密度增大，因此硫化膠的硬度提高，拉斷伸長(zhǎng)率降低。

2.2 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

通常以DMA儀測(cè)試的損耗因子（tanδ）來(lái)表征硫化膠的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，60 ℃時(shí)的tanδ越小，膠料的生熱越低，滾動(dòng)阻力越小[11-12]。不同配方膠料的tanδ-溫度曲線如圖1所示。

圖1 不同配方膠料的tan δ-溫度曲線

從圖1可以看出，采用EXXPRO等量部分或全部替代BIIR后，膠料60 ℃時(shí)的tanδ均有一定程度的下降，且隨著EXXPRO3745或3563替代量的增大，60 ℃時(shí)的tanδ逐漸減小，說(shuō)明加入EXXPRO可以提高膠料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，降低膠料生熱。

2.3 氣密性

不同配方膠料的透氣率見(jiàn)表5。

表5 不同配方膠料的透氣率1014 cm2·（Pa·s）-1

從表5可以看出，采用EXXPRO等量部分或全部替換BIIR后，膠料的透氣率明顯減小，說(shuō)明EXXPRO的PMS基團(tuán)在分子鏈中形成堆積效應(yīng)，可顯著提高膠料的氣密性。

分析認(rèn)為：一方面，通過(guò)對(duì)比1#，2#和4#配方膠料或1#，3#和5#配方膠料可以看出，較低含量的PMS基團(tuán)即可顯著提高膠料的氣密性，隨著PMS基團(tuán)含量的繼續(xù)增大，膠料的氣密性提升效果減緩；另一方面，通過(guò)對(duì)比1#，2#和3#配方膠料或1#，4#和5#配方膠料可以看出，膠料的交聯(lián)密度越大，氣密性越好。由此判斷，PMS基團(tuán)含量小和橡膠交聯(lián)密度大是EXXPRO3745膠料的氣密性優(yōu)于EXXPRO3563膠料的主要原因。

2.4 成品性能

采用不同配方膠料制備T155/70R17 RP05輪胎，并進(jìn)行氣密性機(jī)床試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 成品輪胎的氣密性數(shù)據(jù) %

從表6可以看出，采用EXXPRO等量部分或全部替代BIIR后，成品輪胎的氣密性提高，且隨著EXXPRO用量的減小，輪胎的氣密性下降，這也驗(yàn)證了膠料氣密性試驗(yàn)結(jié)果。

3 結(jié)論

在全BIIR氣密層膠中采用EXXPRO等量部分或全部替代BIIR后，膠料的交聯(lián)密度增大，硫化膠的氣密性和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能提高，生熱降低。EXXPRO中PMS基團(tuán)的引入，提高了分子鏈的致密性，降低了氣體小分子的透過(guò)量，提高了氣密性。在輪胎設(shè)計(jì)過(guò)程中可以減小氣密層厚度，從而進(jìn)一步降低輪胎的滾動(dòng)阻力，改善輪胎的燃油經(jīng)濟(jì)性。