呂 強(qiáng)，董愛(ài)景，茍登峰

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550008）

采用溴化丁基橡膠（BIIR）/天然橡膠（NR）并用的無(wú)內(nèi)胎輪胎氣密層在生產(chǎn)過(guò)程中不時(shí)出現(xiàn)膠皮表面發(fā)毛無(wú)光澤、凹凸不平的情況，不僅影響正常生產(chǎn)，造成成本浪費(fèi)，而且給輪胎使用帶來(lái)質(zhì)量隱患。隨著無(wú)內(nèi)胎輪胎產(chǎn)量的增大，此問(wèn)題表現(xiàn)得更加突出。

本工作從混煉相容性角度出發(fā)，對(duì)BIIR和NR并用膠工藝相容性的影響因素進(jìn)行分析，測(cè)試溫度對(duì)生膠和混煉膠門尼粘度的影響，通過(guò)試驗(yàn)改進(jìn)氣密層膠料的混煉工藝，縮小BIIR和NR并用時(shí)的門尼粘度差異，改善了相容性，并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中，取得了較好效果。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

BIIR，牌號(hào)CBK2222，美國(guó)?？松井a(chǎn)品；NR，5#標(biāo)準(zhǔn)膠，海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N660，山西大同恒大化工有限責(zé)任公司產(chǎn)品；氧化鋅，貴陽(yáng)中江礦業(yè)有限公司產(chǎn)品；芳烴油，洛陽(yáng)市龍光化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

BIIR 60，NR 40，炭黑N660 60，氧化鋅3，氧化鎂 0.3，硬脂酸 1，40MSF樹(shù)脂 4，C9石油樹(shù)脂 3，礦質(zhì)膠 3，芳烴油 4，硫黃 0.6，促進(jìn)劑DM 1.5。

1.3 主要設(shè)備和儀器

254 mm（10英寸）開(kāi)煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；F270型密煉機(jī)，英國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；XLB-Q 500×500×2型50 t平板硫化機(jī)（蒸汽），青島巨融機(jī)械技術(shù)有限公司產(chǎn)品；401A型老化烘箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；M200E型門尼粘度試驗(yàn)機(jī)、R100E型橡膠硫化儀和T2000E型電子拉力機(jī)，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；Q800型動(dòng)態(tài)粘彈譜儀，美國(guó)TA公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

（1）正常生產(chǎn)混煉工藝：一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，加入BIIR和NR塑煉膠、小料（不含氧化鋅、硫黃和促進(jìn)劑）混煉40 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至110 ℃時(shí)加芳烴油→壓壓砣→混煉至122 ℃時(shí)提壓砣→壓壓砣→混煉至138 ℃時(shí)排料；二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，加入一段混煉膠、氧化鋅、硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣→混煉60 s→提壓砣→壓壓砣→混煉至105 ℃排料。

（2）試驗(yàn)混煉工藝：根據(jù)配方組成，分別生產(chǎn)BIIR母膠M1（BIIR 60，炭黑N660 34，氧化鎂 0.3，40MSF樹(shù)脂、C9石油樹(shù)脂和礦質(zhì)膠 9，芳烴油 1）和NR母膠M2（NR 40，炭黑N660 26，硬脂酸 1，C9石油樹(shù)脂 1，芳烴油 3），停放后進(jìn)行終煉膠生產(chǎn)（M1母膠/M2母膠質(zhì)量比為104.3/71），硫化體系配比不變。

M1母膠生產(chǎn)工藝：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，加入BIIR、小料（不含氧化鋅、硫黃和促進(jìn)劑）混煉30 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至125 ℃時(shí)加芳烴油→壓壓砣→混煉至142 ℃排料。

M2母膠生產(chǎn)工藝：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，加入NR、小料（不含氧化鋅、硫黃和促進(jìn)劑）混煉30 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至130 ℃時(shí)加芳烴油→壓壓砣→混煉至145 ℃時(shí)提壓砣→壓壓砣→混煉至165 ℃排料。

終煉膠生產(chǎn)工藝：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20 r·min-1，加入M1母膠、M2母膠、氧化鋅、硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣→混煉60 s→提壓砣→壓壓砣→混煉至105 ℃排料。

1.5 性能測(cè)試

玻璃化溫度采用動(dòng)態(tài)粘彈譜儀測(cè)試，試驗(yàn)條件為：頻率 5 Hz，應(yīng)力 0.4 MPa，溫度范圍－80～0 ℃。

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

2 結(jié)果與討論

2.1 溫度對(duì)生膠門尼粘度[ML（1＋4）]的影響

橡膠相容性是指兩種以上聚合物在共混過(guò)程中相互分散的能力[1]，其與生膠并用比和門尼粘度等有關(guān)。二者的粘度相差越大，并用膠分散相的區(qū)域尺寸就越大；二者的粘度越接近，并用膠分散相的區(qū)域尺寸就越細(xì)微[2]。為了分析混煉工藝對(duì)BIIR和NR相容性的影響，分別在不同溫度下測(cè)試BIIR和NR的門尼粘度，結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出，BIIR的門尼粘度比NR低，隨著溫度的升高，BIIR和NR的門尼粘度下降，BIIR的下降幅度比NR大。

分析認(rèn)為：NR相和BIIR相的門尼粘度差異越大，并用膠分散相的區(qū)域尺寸就越大，同時(shí)由于BIIR并用的配方混煉排膠溫度都不高，在正常工藝的排膠溫度下，機(jī)械混煉降低NR門尼粘度的效果不明顯，就會(huì)出現(xiàn)門尼粘度高、相區(qū)尺寸大的NR相分散于BIIR相中，造成混煉膠中兩相彈性差異大；其次炭黑在與并用膠共混時(shí)，由于炭黑與橡膠分子鏈中的雙鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，不飽和度大的橡膠與炭黑的親和力大，因此，炭黑在NR相中的分布明顯大于在BIIR相中的分布，炭黑在并用膠中的分布不均，會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大兩相的彈性差異，從而引起混煉膠或壓延膠片外觀凹凸不平。

2.2 溫度對(duì)混煉膠門尼粘度[ML（1＋4）]的影響

溫度對(duì)M1和M2母膠門尼粘度的影響見(jiàn)圖2。

圖2 溫度對(duì)M1和M2母膠門尼粘度的影響

試驗(yàn)混煉工藝是通過(guò)將炭黑分別加入BIIR和NR中，減小炭黑分布對(duì)混煉膠門尼粘度的影響，同時(shí)采用不同混煉工藝，在M2混煉時(shí)提高排膠溫度到165 ℃，以降低NR的門尼粘度，這在與BIIR并用時(shí)是不能實(shí)現(xiàn)的。由圖2可以看出，通過(guò)以上工藝改進(jìn)，在終煉膠混合的溫度范圍（105～115 ℃）內(nèi)，M1和M2母膠的門尼粘度比較接近，減小了并用膠兩相粘彈性的差異。

2.3 混煉工藝對(duì)玻璃化溫度的影響

為了考察試驗(yàn)工藝的混合效果，研究混煉工藝對(duì)混煉膠玻璃化溫度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3，tanδ為損耗因子。

圖3 混煉工藝對(duì)混煉膠tanδ的影響

從圖3可以看出，與生產(chǎn)工藝相比，試驗(yàn)工藝混煉膠的玻璃化溫度向低溫方向移動(dòng)。這是因?yàn)樵谠囼?yàn)工藝混煉膠中，NR混煉時(shí)的機(jī)械作用時(shí)間長(zhǎng)，分子鏈斷裂的幾率大，相對(duì)分子質(zhì)量比正常生產(chǎn)工藝小，使分子鏈端部的濃度增加，從而降低玻璃化溫度，進(jìn)一步說(shuō)明試驗(yàn)工藝可以達(dá)到降低NR門尼粘度的效果。

從圖3還可以看出，試驗(yàn)工藝膠料的tanδ-溫度曲線的峰寬比正常生產(chǎn)工藝膠料窄，說(shuō)明在試驗(yàn)工藝條件下，混煉膠的相容性比正常生產(chǎn)工藝要好，進(jìn)一步說(shuō)明試驗(yàn)工藝可以縮小混煉膠中兩相的門尼粘度差異。

2.4 混煉工藝對(duì)炭黑分散性的影響

采用不同混煉工藝生產(chǎn)的混煉膠的炭黑分散情況見(jiàn)圖4。

圖4 混煉膠的炭黑分散情況

從圖4可以看出，試驗(yàn)工藝膠料中的炭黑分散性優(yōu)于正常生產(chǎn)工藝膠料，這主要是由于試驗(yàn)工藝改變了炭黑分布，改善了并用膠中NR和BIIR的門尼粘度，因此有利于混煉時(shí)填料的分散。

2.5 混煉工藝對(duì)膠料性能的影響

混煉工藝對(duì)膠料硫化特性和物理性能的影響見(jiàn)表1。

從表1可以看出：試驗(yàn)工藝膠料的硫化特性與生產(chǎn)工藝膠料相差不大；老化前后硫化膠的物理性能均明顯優(yōu)于正常生產(chǎn)工藝膠料，這主要是由于在試驗(yàn)混煉工藝條件下，炭黑在BIIR相中的分布比正常生產(chǎn)工藝多，起到了補(bǔ)強(qiáng)效果。

表1 混煉工藝對(duì)膠料性能的影響

2.6 實(shí)際生產(chǎn)效果

對(duì)采用試驗(yàn)工藝生產(chǎn)的混煉膠進(jìn)行氣密層膠片試生產(chǎn)。結(jié)果顯示，混煉膠熱煉時(shí)比較容易回?zé)捑鶆?，壓延膠皮表面平整光潔性提高，壞料明顯減少。

3 結(jié)論

采用試驗(yàn)混煉工藝可改善混煉膠的相容性，從而提高膠料的加工性能，解決了氣密層膠片生產(chǎn)時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)的凹凸不平等外觀問(wèn)題，膠料的物理性能得到改進(jìn)，可以滿足正常生產(chǎn)要求，同時(shí)NR直接混煉，取消了塑煉過(guò)程，提高了生產(chǎn)效率。