吳洪全，臧云紅，常愛(ài)修，安豐永

（青島雙星輪胎工業(yè)有限公司，山東 青島 266400）

航空輪胎作為飛機(jī)與地面接觸的部件，在充氣保壓的情況下為飛機(jī)提供所需的牽引力和制動(dòng)力。而苛刻的使用環(huán)境也對(duì)航空輪胎性能提出了各種特殊要求。如地處我國(guó)最北端的漠河曾出現(xiàn)－52.3 ℃的低溫，飛機(jī)飛行的平流層溫度在－55 ℃左右，航空輪胎要在高緯度、高海拔以及高空等嚴(yán)寒環(huán)境下正常使用就需具備嚴(yán)寒環(huán)境下保持良好氣密性的能力。航空輪胎的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中也對(duì)氣密層膠料脆性溫度提出達(dá)到－55 ℃的要求。為使航空輪胎在低溫狀態(tài)下仍具有保氣使用價(jià)值，航空輪胎使用的氣密層膠料需兼具低脆性溫度和氣體滲透率的特性[1-12]。

本工作以航空子午線輪胎為例，從輪胎氣密層膠配方設(shè)計(jì)角度探討如何使氣密層膠料保持較好的氣密性和耐低溫性能。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號(hào)RSS3，泰國(guó)產(chǎn)品；高順式順丁橡膠（BR），牌號(hào)BR9000，中國(guó)石化北京燕山分公司產(chǎn)品；氯化丁基橡膠（CIIR），浙江信匯新材料股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N330，上?？ú┨靥亢谟邢薰井a(chǎn)品；芳烴油NAP10，中國(guó)石油克拉瑪依石化公司產(chǎn)品；不溶性硫黃HD-OT20，伊士曼化工有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

現(xiàn)有航空輪胎氣密層膠配方大多采用全NR，雖然全NR膠料的低溫脆性溫度能夠滿足－55 ℃的要求，但氣密性與鹵化丁基橡膠相差較大。而采用氣密性優(yōu)良的鹵化丁基橡膠，卻因脆性溫度高而限制了其用量。

橡膠的低溫性能與其分子結(jié)構(gòu)相關(guān)，一般主鏈柔軟且支鏈少的非極性橡膠玻璃化溫度偏低。在膠料中混入能使損耗因子（tanδ）峰變寬的材料是改善其耐低溫性能的有效方法[1]。因此在設(shè)計(jì)航空子午線輪胎氣密層膠配方時(shí)，著重從生膠體系上進(jìn)行設(shè)計(jì)，試驗(yàn)配方生膠體系采用三膠并用方式，NR提供氣密層膠料所需的物理性能，CIIR提供良好的氣密性，而分子柔順性好、玻璃化溫度達(dá)－100 ℃的BR保證氣密層膠料滿足低溫脆性的要求。

應(yīng)用配方A：NR 100，炭黑N330 52，芳烴油 6，氧化鋅等小料 11.5，不溶性硫黃及促進(jìn)劑 2.1。

試驗(yàn)配方B：NR/CIIR/BR 40/40/20，炭黑N330 48，芳烴油 5，氧化鋅等小料 11.2，不溶性硫黃及促進(jìn)劑 2.3。

1.3 主要設(shè)備和儀器

BB-L1600IM型密煉機(jī)和BB430型密煉機(jī)，日本神戶制鋼公司產(chǎn)品；XM270型密煉機(jī)，大連橡膠塑料機(jī)械股份有限公司產(chǎn)品；XKR-150型開(kāi)煉機(jī)，廣東湛江機(jī)械廠產(chǎn)品；MDR2000E型硫化儀和MV2000型門尼粘度儀，美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；Instron-5966型電子拉力機(jī)，美國(guó)英斯特朗公司產(chǎn)品；電加熱平板硫化機(jī)，湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；401B型老化試驗(yàn)箱，江都試驗(yàn)機(jī)械廠產(chǎn)品；回彈性測(cè)試儀，意大利GIBITRE公司產(chǎn)品；TM-2135型低溫脆性試驗(yàn)機(jī)，日本上島公司產(chǎn)品；VAC-V2型壓差法氣體滲透儀，濟(jì)南蘭光機(jī)電技術(shù)有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料分2段混煉，先在BBL1600IM型密煉機(jī)中混煉后再在開(kāi)煉機(jī)上下片。一段混煉加料順序?yàn)椋荷z、炭黑、軟化劑→氧化鋅、硬脂酸、加工助劑、防老劑→下片。一段混煉膠停放8 h后進(jìn)行二段混煉，二段混煉加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→不溶性硫黃和促進(jìn)劑→下片。

1.4.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料分3段混煉，一段混煉在BB430型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為38 r·min-1，加料順序?yàn)椋荷z→炭黑→軟化劑和氧化鋅、硬脂酸、加工助劑→排膠（130～140 ℃）；二段混煉在BB430型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為35 r·min-1，加料順序?yàn)椋阂欢位鞜捘z→排膠（125～135 ℃）；三段混煉在XM270型密煉機(jī)中進(jìn)行，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為20r·min-1，加料順序?yàn)椋憾位鞜捘z→不溶性硫黃和促進(jìn)劑→排膠（90～100 ℃）。

1.5 性能測(cè)試

膠料的氣密性按照GB/T 1038—2000《塑料薄膜或薄片氣體透過(guò)性試驗(yàn)方法 壓差法》進(jìn)行測(cè)試；脆性溫度按照GB/T 15256—2014《硫化橡膠或熱塑性橡膠 低溫脆性的測(cè)定（多試樣法）》進(jìn)行測(cè)試；其他各項(xiàng)性能均按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 小配合試驗(yàn)

小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性如表1所示。

表1 小配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

由表1可以看出：與配方A膠料相比，配方B膠料的門尼焦燒時(shí)間略短，F(xiàn)max和FL略大，起硫點(diǎn)延遲，硫化速度略慢，出現(xiàn)硫化返原的時(shí)間較長(zhǎng)。

小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能如表2所示。

由表2可以看出：與配方A硫化膠相比，配方B硫化膠的密度較小，邵爾A型硬度和定伸應(yīng)力略大，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度和回彈值較小，這是由生膠體系改變導(dǎo)致的；配方B硫化膠的耐屈撓性能明顯優(yōu)于配方A硫化膠。

表2 小配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

小配合試驗(yàn)硫化膠的氣密性和低溫脆性如表3所示。

由表3可以看出：與配方A硫化膠相比，配方B硫化膠的透氣量和脆性溫度均較低。

表3 小配合試驗(yàn)硫化膠的氣密性和低溫脆性

2.2 大配合試驗(yàn)

大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性如表4所示。

由表4可以看出：與配方A膠料相比，配方B膠料的門尼焦燒時(shí)間略短，F(xiàn)max和FL略大，起硫點(diǎn)相近，硫化速度較慢，出現(xiàn)硫化返原的時(shí)間較長(zhǎng)，這與小配合試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

表4 大配合試驗(yàn)?zāi)z料的硫化特性

大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能如表5所示。

由表5可以看出：與配方A硫化膠相比，配方B硫化膠的密度較小，邵爾A型硬度和定伸應(yīng)力略大，拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、拉斷永久變形、撕裂強(qiáng)度和回彈值較小，30萬(wàn)次屈撓后未出現(xiàn)裂口，耐屈撓性能明顯提高。

表5 大配合試驗(yàn)硫化膠的物理性能

大配合試驗(yàn)硫化膠的氣密性和低溫脆性如表6所示。

由表6可以看出：配方B硫化膠的氣密性和低溫脆性溫度明顯低于配方A硫化膠。

表6 大配合試驗(yàn)硫化膠的氣密性和低溫脆性

綜上所述，配方B膠料的強(qiáng)伸性能低于配方A膠料，這可以通過(guò)過(guò)渡層過(guò)渡來(lái)達(dá)到與胎體等膠料的強(qiáng)伸性能匹配。在氣密層膠料要求的耐屈撓性能、氣密性和低溫脆性等方面，配方B膠料的綜合性能優(yōu)于配方A膠料。

此外，由于配方B膠料的氣密性好，密度小，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)減薄氣密層，減小輪胎質(zhì)量，為結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供具有更大設(shè)計(jì)空間。

2.3 工藝性能和成品性能

配方B膠料擠出表面外觀較好，終煉膠門尼粘度為60～65；氣密層半成品在雙復(fù)合內(nèi)襯層生產(chǎn)線單獨(dú)擠出，厚度為（0.7±0.05） mm，表面光滑，粘性符合工藝要求。

采用配方B膠料試制航空輪胎，氣密層層數(shù)由4減至3，輪胎整體質(zhì)量減小1.35 kg。成品輪胎按正常工藝硫化，外觀良好無(wú)缺陷。輪胎在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度下充入882 kPa額定氣壓，停放12 h后再將氣壓補(bǔ)充到882 kPa，繼續(xù)保壓停放24 h后，測(cè)量氣壓為873 kPa，氣壓下降率為1.02%，遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的5%的氣壓下降率。

3 結(jié)論

航空子午線輪胎氣密層采用NR、CIIR和BR并用，膠料的強(qiáng)伸性能略有降低，但氣密性、耐屈撓性能和耐低溫性能明顯提高，可以滿足航空子午線輪胎的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。該配方氣密層膠在一定程度上減小了輪胎質(zhì)量，在保證額定輪胎質(zhì)量下，為完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了更大空間。

致謝：魏愛(ài)龍先生對(duì)本文提出了寶貴的意見(jiàn)，在此深表感謝。