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）

輪胎氣密層一般采用天然橡膠（NR）與鹵化丁基橡膠的共混體系，從分子極性看，NR是非極性橡膠，而溴化丁基橡膠（BIIR）則略顯極性；從分子鏈段的活動(dòng)性看，NR分子鏈段上只有一個(gè)側(cè)甲基，鏈段活動(dòng)性強(qiáng)，BIIR分子鏈段上側(cè)甲基質(zhì)量分?jǐn)?shù)很高，體積效應(yīng)大，所以鏈段活動(dòng)性較低。這些差異造成兩種橡膠的溶解度參數(shù)和界面張力差值較大，從而影響兩膠的互容性[1]。為了解決共混體系的相容問(wèn)題，一般是在共混體系中加入均勻劑。均勻劑的化學(xué)成分大多為脂肪烴樹(shù)脂、環(huán)烷烴樹(shù)脂和芳香烴樹(shù)脂等不同極性的低相對(duì)分子質(zhì)量樹(shù)脂的混合物，可以對(duì)不同極性的聚合物表面產(chǎn)生潤(rùn)濕、吸附、極化作用，在聚合物分子之間起到溶劑化作用，使不同極性的聚合物分子之間容易相互移動(dòng)，達(dá)到共混的目的[2]。

本工作主要研究均勻劑RH-100在斜交輪胎氣密層中的應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

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；BIIR，牌號(hào)BBK232，俄羅斯產(chǎn)品；均勻劑RH-100，連云港銳巴化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

生產(chǎn)配方：NR/BIIR 100，炭黑N660 60，氧化鋅和硬脂酸 4，氧化鎂 0.3，油 4，石油樹(shù)脂和204樹(shù)脂 6，均勻劑40MSF 3，硫黃 0.6，促進(jìn)劑DM 1.5。

試驗(yàn)配方以均勻劑RH-100等量替代均勻劑40MSF，其余均同生產(chǎn)配方。

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(chǎng)產(chǎn)品；3 L密煉機(jī)和F270型密煉機(jī)，英國(guó)法雷爾公司產(chǎn)品；XM140/20型密煉機(jī)，益陽(yáng)橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(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；M200E型門(mén)尼粘度試驗(yàn)機(jī)和T2000E型電子拉力機(jī)，北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品；401A型老化烘箱，上海實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；Q800型動(dòng)態(tài)粘彈譜儀，美國(guó)TA公司產(chǎn)品；RPA2000型橡膠加工分析儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品。

1.4 混煉工藝

小配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉，一段混煉在3 L密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：轉(zhuǎn)速80 r·min-1，生膠均勻劑等小料炭黑、油提壓砣→壓壓砣提壓砣，轉(zhuǎn)速60 r·min-1→排料（155～160 ℃）；二段混煉在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑、氧化鋅過(guò)輥6～8次后，薄通6次混煉均勻后下片。

大配合試驗(yàn)?zāi)z料分兩段混煉，一段混煉工藝為：轉(zhuǎn)速40 r·min-1，生膠、均勻劑等小料→壓壓砣炭黑→油（125 ℃）→排料（125 ℃）；二段混煉工藝為：轉(zhuǎn)速20 r·min-1，一段混煉膠、硫黃、促進(jìn)劑、氧化鋅→壓壓砣提壓砣→排料（105 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

（1）粘彈性。采用RPA2000型橡膠加工分析儀測(cè)試，應(yīng)力松弛試驗(yàn)條件為：預(yù)熱 60 s，測(cè)試溫度 50 ℃，測(cè)試時(shí)間 240 s，應(yīng)變 2°。

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（2）動(dòng)態(tài)力學(xué)性能?；鞜捘z采用RPA2000型橡膠加工分析儀測(cè)試，試驗(yàn)條件為：溫度 50 ℃，應(yīng)變 2°；硫化膠采用動(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-20～+100 ℃。

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 理化分析

均勻劑RH-100和40MSF的理化分析結(jié)果如表1所示。

表1 兩種均勻劑的理化分析結(jié)果

由表1可以看出，兩種均勻劑的各項(xiàng)理化性能均符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 紅外光譜分析

均勻劑RH-100和40MSF的紅外光譜如圖1所示。

圖1 兩種均勻劑的紅外光譜

從圖1可以看出，均勻劑RH-100和40MSF的吸收峰基本一致，在680～800 cm-1和1 370～1 610 cm-1之間都出現(xiàn)的吸收峰可推知均勻劑中含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)，而在2 800～3 000 cm-1之間出現(xiàn)了因—CH2和—CH3振動(dòng)產(chǎn)生的強(qiáng)吸收峰。由此可見(jiàn)，均勻劑RH-100和40MSF的組分基本相同，都是含有芳香烴樹(shù)脂和脂肪烴樹(shù)脂組成的混合物或化合物。

2.3 混煉瞬時(shí)電流

膠料的混煉瞬時(shí)電流如圖2所示。

圖2 膠料的混煉瞬時(shí)電流

從圖2可以看出，在相同混煉工藝下試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料的能耗沒(méi)有太大差異，因此認(rèn)為均勻劑RH-100替代均勻劑40MSF在混煉能耗上沒(méi)有變化。

2.4 粘彈性

圖3 混煉膠的應(yīng)力松弛曲線(xiàn)

從圖3可以看出：試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料的松弛速度基本一致；從20 s開(kāi)始，松弛趨于穩(wěn)定，試驗(yàn)配方膠料的松弛程度比生產(chǎn)配方膠料略小，但差異不大。這種差異是在正常生產(chǎn)控制范圍之內(nèi)，由此可見(jiàn)替換使用均勻劑RH-100對(duì)加工時(shí)的尺寸穩(wěn)定性影響不大。

2.5 動(dòng)態(tài)力學(xué)性能

混煉膠的損耗因子（tanδ）與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)如圖4所示。

圖4 混煉膠的tanδ-頻率曲線(xiàn)

通常認(rèn)為混煉膠的tanδ越大，其塑性相對(duì)越大，加工時(shí)越具有較好的流動(dòng)性。由圖4可以看出：試驗(yàn)配方膠料的tanδ比生產(chǎn)配方膠料小，說(shuō)明均勻劑RH-100對(duì)分子運(yùn)動(dòng)性的影響比均勻劑40MSF小，對(duì)流動(dòng)性有一定影響；但從氣密層保氣的角度看，并不希望分子的運(yùn)動(dòng)能力太好。

硫化膠的tanδ-溫度曲線(xiàn)如圖5所示。

圖5 硫化膠的tanδ-溫度曲線(xiàn)

均勻劑的主要作用就是通過(guò)改善極性差異大的兩種橡膠的相容性來(lái)提高共混膠性能。共混膠的相容性可以用其玻璃化溫度來(lái)表征，相容性愈好，兩種橡膠的玻璃化溫度愈靠近，直至重合，共混物的轉(zhuǎn)變區(qū)域就愈窄。從圖5可以看出，試驗(yàn)配方膠料的溫度掃描曲線(xiàn)略向左移，轉(zhuǎn)變區(qū)峰寬收窄，相容效果有所改善。因此可以推斷，均勻劑RH-100具有不低于均勻劑40MSF的相容效果。

2.6 炭黑分散性

混煉膠的炭黑分散照片如圖6所示。

圖6 混煉膠的炭黑分散照片

從圖6可以看出，在相同混煉工藝下，生產(chǎn)配方膠料的炭黑顆粒比試驗(yàn)配方膠料大，且分布不均勻，試驗(yàn)配方膠料的炭黑顆粒較小，且分散均勻性好。由此說(shuō)明，與均勻劑40MSF相比，均勻劑RH-100對(duì)炭黑有更好的分散效果。

以上試驗(yàn)均為小配合試驗(yàn)。

2.7 硫化特性

膠料的硫化特性如表2所示。

表2 膠料的硫化特性（145 ℃）

從表2可以看出，試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方膠料的硫化特性差異不大，但大配合試驗(yàn)?zāi)z料的t10比小配合試驗(yàn)?zāi)z料有一定縮短，主要是終煉時(shí)硫化劑的加入工藝不同：小配合試驗(yàn)是在開(kāi)煉機(jī)上加入，而大配合試驗(yàn)是在密煉機(jī)中加入。

2.8 物理性能

硫化膠的物理性能如表3所示。

表3 硫化膠的物理性能

從表3可以看出：無(wú)論是小配合試驗(yàn)還是大配合試驗(yàn)，試驗(yàn)配方和生產(chǎn)配方硫化膠的主要物理性能均相差不大，試驗(yàn)配方膠料的氣密性能略?xún)?yōu)。大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硬度、定伸應(yīng)力和拉伸強(qiáng)度均比小配合試驗(yàn)?zāi)z料有所降低，主要是由于大配合試驗(yàn)?zāi)z料經(jīng)過(guò)過(guò)濾工藝而使性能下降。但總體來(lái)看，以均勻劑RH-100替代均勻劑40MSF，硫化膠的綜合性能變化不大。

3 結(jié)論

通過(guò)以上對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，均勻劑RH-100在微觀(guān)組成上與均勻劑40MSF相同，而且混煉膠的混煉能耗、相容效果和加工性能以及硫化膠的物理性能也達(dá)到了均勻劑40MSF的水平，炭黑分散性和氣密性能提高。在斜交輪胎氣密層配方中加入均勻劑RH-100，完全可以滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝及使用性能要求。