反式聚辛烯橡膠在輪胎內(nèi)襯層膠中的應用

姚峰轉，梁俊麗，周 強

[中策橡膠（建德）有限公司，浙江 建德 311600]

反式聚辛烯橡膠（TOR）是一種結晶型聚合物，在常溫下有較高的結晶度，呈現(xiàn)出更接近塑料的性質(zhì)，國內(nèi)外對其研究和應用主要集中在輪胎[1-2]、膠管、模壓制品、膠輥、密封條、橡膠回收以及配合技術等。TOR應用于輪胎可使各部件在擠出、存放、成型、硫化等過程中不會因過度拉伸而發(fā)生過大的變形。

理論上，TOR與橡膠共混可以提高膠料的塑性，降低常溫下膠料的表面粘性，提高部件的挺性和抗塌性，從而降低某些制品在成型過程中的操作難度[3-5]。TOR在高于熔點（50～55 ℃）時門尼粘度低，低于熔點時又呈現(xiàn)較高的門尼粘度，可賦予半成品部件較高的挺性和抗塌性。

輪胎內(nèi)襯層較薄較軟，加工時容易被拉伸產(chǎn)生厚度變小現(xiàn)象，影響氣密性能；在內(nèi)襯層膠配方中適當添加TOR，有助于改善內(nèi)襯層的尺寸穩(wěn)定性[6-12]。本工作研究TOR在輪胎內(nèi)襯層膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SIR20，印度尼西亞產(chǎn)品；氯化丁基橡膠（CIIR），牌號1066，浙江信匯合成新材料有限公司產(chǎn)品；TOR，牌號8012，贏創(chuàng)德固賽特種化學（上海）有限公司產(chǎn)品；炭黑N550，美國卡博特公司產(chǎn)品。

1.2 配方

試驗配方（用量/份）：NR 40，CIIR 60，TOR 變量，炭黑N550 43，白炭黑 13，氧化鋅2.82，硬脂酸 1，塑解劑WP 8，氧化鎂 0.2，防老化體系 3，粘合增進劑AIR-1 25，環(huán)烷油8，軟化劑 3，硫黃/促進劑 3，其他 22。

1.3 主要設備和儀器

Φ160×320型開煉機，廣東湛江橡塑機械制造廠產(chǎn)品；100 t平板硫化機，湖州宏僑橡膠機械有限公司產(chǎn)品；WGJ-2500B Ⅱ型電子拉力機、彈性試驗機、阿克隆磨耗機和橡膠老化箱，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產(chǎn)品；壓縮生熱試驗機，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；邵氏A型硬度計，銘禹電子科技有限公司產(chǎn)品；MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；RZN-п型橡膠自粘性測定儀，北京萬匯一方科技有限公司產(chǎn)品；測厚儀，上海六菱儀器廠產(chǎn)品；VAC-V2型壓差法氣體滲透儀，濟南蘭光機電技術有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料在開煉機上混煉，混煉工藝為：NR塑煉薄通6次；輥距調(diào)至最小，加入NR，膠料包輥后加入塑解劑WP；加入TOR，打三角包3次；將輥距調(diào)至2 mm左右，膠料完全包輥后，加入氧化鋅、硬脂酸，待粉料吃進后，左右割刀3次；調(diào)整輥距至4 mm左右，加入防老劑等其余小料，待粉料吃進后，調(diào)整輥距，膠料薄通4次并打三角包；將輥距調(diào)至5 mm左右，膠料包輥后加入白炭黑，待白炭黑完全吃進后左右割刀2次，再調(diào)整輥距薄通4次并打三角包；調(diào)整輥距至5 mm，膠料包輥后加入炭黑N550，待炭黑完全被吃進后左右割刀3次，再調(diào)整輥距將膠料薄通4次并打三角包；調(diào)整輥距至5 mm，膠料包輥后加入硫化體系，待粉料吃進后左右割刀3次，再調(diào)整輥距將膠料薄通4次并打三角包；調(diào)整輥距，下片。

膠料采用平板硫化機硫化，硫化條件為143℃×30 min。

1.5 性能測試

硫化特性按照ASTM D 2084—2011《用振蕩圓盤式硫化計測定橡膠硫化特性的試驗方法》進行測試；拉伸強度和拉斷伸長率按照GB/T 528—2009《硫化橡膠或熱塑性橡膠 拉伸應力應變性能的測定》進行測試；撕裂強度按GB/T 529—2008《硫化橡膠或熱塑性橡膠撕裂強度的測定（褲形、直角形和新月形試樣）》進行測試；自粘性采用對接粘性的測試方式，測算2個未硫化膠試樣經(jīng)過接觸并壓合一定時間形成的粘合力，表征同一配方未硫化膠料的自粘性或不同配方未硫化膠料的互粘性；氣密性能采用壓差法測定，即測量在恒定溫度和單位壓力差下塑料薄膜和薄片的氣體透過量和氣體透過系數(shù)。

2 結果與討論

2.1 硫化特性

TOR用量對膠料硫化特性（143 ℃）的影響見表1。

從表1可以看出：隨著TOR用量的增大，膠料的Fmax－FL呈先減小后增大的趨勢，表明膠料的交聯(lián)密度先降低后提高；ts1先延長后縮短，但均長于未添加TOR的膠料，TOR用量為8份時ts1最長，比未添加TOR的膠料的ts1延長了6.6%，這表明添加TOR有助于提高膠料的加工安全性。ts1較長能夠為半成品的存放和運輸過程中爭取更長的保持性能穩(wěn)定的時間，更有利于加工工藝的實現(xiàn)。

從表1還可以看出，隨著TOR用量的增大，膠料的t10的變化趨勢與ts1一致，TOR用量為8份時t10最長，表明適量添加TOR可使膠料的硫化誘導期時間延長，保證加工安全性；t90呈逐漸延長趨勢，表明膠料中加入少量TOR會阻礙硫化反應的進行。

此外，內(nèi)襯層配方中有較多的CIIR，CIIR具有包冷輥的特點，因此使用開煉機混煉時膠料易包后輥，也易粘輥。內(nèi)襯層配方中不添加TOR時，膠料混煉操作較困難；添加2份TOR后膠料的包輥性改善，操作變得容易；添加4份以上TOR后，膠料包輥性顯著改善，操作過程很順利。

2.2 物理性能

TOR用量對硫化膠物理性能的影響見表2。

表2 TOR用量對硫化膠物理性能的影響

從表2可以看出，隨著TOR用量的增大，硫化膠的邵爾A型硬度先降低后提高，但差別不大，且均低于未添加TOR的硫化膠。分析認為，可能因為少量的TOR幾乎不參與交聯(lián)反應，相當于“稀釋劑”，TOR分子的空間位阻阻礙了硫化過程中分子鏈間的接觸，使膠料的交聯(lián)程度變小，因此邵爾A型硬度下降。

從表2還可以看出，隨著TOR用量的增大，硫化膠的拉伸強度先降低后提高，均低于未添加TOR的硫化膠。這可能是由于少量的TOR幾乎不參與交聯(lián)反應，TOR用量增大后，部分TOR參與交聯(lián)反應，TOR用量增大到一定程度后，交聯(lián)密度增大，硫化膠的拉伸強度提高，但參與交聯(lián)反應的TOR占少數(shù)，起稀釋劑作用的TOR仍占主導地位，因此拉伸強度仍低于未添加TOR的硫化膠。

隨著TOR用量的增大，硫化膠的拉斷伸長率先增大后減小，但均大于未添加TOR的硫化膠；拉斷伸長率轉折點對應的TOR用量也是8份，這應該是膠料交聯(lián)密度的變化與參與交聯(lián)的分子鏈長度的綜合作用造成的。

隨著TOR用量的增大，硫化膠的撕裂強度先提高后降低，但均高于未添加TOR的硫化膠。這可能是由于TOR的結晶性造成的[13-14]，添加少量TOR時，參與交聯(lián)反應的TOR很少，TOR本身的結晶性提高了膠料的撕裂強度，但隨著TOR用量的增大，TOR的稀釋劑作用占主導地位，導致硫化膠的撕裂強度降低。

與未添加TOR的硫化膠相比，TOR用量為2份時硫化膠的自粘合力不變，TOR用量為4份時硫化膠的自粘合力略下降，TOR用量為4～8份時硫化膠的自粘合力比較穩(wěn)定，表明TOR用量為2和8份是膠料自粘性變化的滲閾值。分析認為，TOR是一種結晶性聚合物，在常溫下會結晶，表現(xiàn)出更接近塑料的性能，因而其與橡膠共混后，使膠料兼具部分塑料的特性，會有表面粘性下降現(xiàn)象。

隨著TOR用量的增大，硫化膠的壓縮生熱逐漸增大，說明相比于NR和CIIR，TOR自身的壓縮生熱很高，即使TOR用量較小也會造成膠料的壓縮生熱明顯上升。

2.3 氣密性能

TOR用量對硫化膠氣密性能的影響見圖1。

圖1 TOR用量對硫化膠氣密性能的影響

從圖1可以看出，隨著TOR用量的增大，硫化膠的透氣率變化不大，說明TOR用量對內(nèi)襯層膠的氣密性能影響不大。

2.4 耐屈撓性能

TOR用量對硫化膠耐屈撓性能的影響見圖2。

圖2 TOR用量對硫化膠耐屈撓性能的影響

從圖2可以看出，隨著TOR用量的增大，硫化膠的耐屈撓性能明顯提高。

2.5 挺性和抗塌性

綜合上述試驗結果，在內(nèi)襯層膠配方中添加5份TOR，試制6.50R16 12PR CR907輪胎內(nèi)襯層（中厚為4.2 mm）并進行挺性和抗塌性測試，即在5 N拉力下，測量并計算內(nèi)襯層厚度變化率。結果表明，未添加TOR的內(nèi)襯層厚度變化率為6.3%，添加5份TOR的內(nèi)襯層厚度變化率為4.5%。分析認為，溫度低于TOR熔點時，TOR的門尼粘度較高，使內(nèi)襯層在常溫停放時具有較高的挺性和抗塌性，避免生產(chǎn)時內(nèi)襯層被拉伸而變薄，保證了內(nèi)襯層厚度的穩(wěn)定性，對下道工序的加工十分有利。

3 結論

（1）在0～10份范圍內(nèi)，隨著TOR用量的增大，內(nèi)襯層膠料的ts1和t10先延長后縮短，但均長于未添加TOR的膠料，t90呈逐漸延長趨勢。

（2）添加4份TOR時，內(nèi)襯層膠料的包輥性明顯改善。

（3）添加TOR后，硫化膠的邵爾A型硬度變化不大，拉伸強度有所降低，拉斷伸長率和撕裂強度明顯提高，氣密性變化不大，耐屈撓性能提高。

（4）添加5份TOR的內(nèi)襯層的挺性和抗塌性提高，保證了半成品的尺寸穩(wěn)定性，有利于下道工序的加工。