改性內胎膠粉在自行車內胎膠料中的應用

臧亞南，楊政，陳啟鵬

(徐州工業職業技術學院，江蘇 徐州 221140)

我國是自行車大國，自行車內胎的質量好壞對自行車的使用起著至關重要的作用。以丁基橡膠或者是鹵化丁基橡膠為主體材料的內胎具有良好的氣密性、耐老化性等性能，但價格較高[1]。丁基再生膠可部分替代丁基橡膠用于自行車內胎配方中[2]，提高產品的性價比。但是常見的內胎再生膠再生過程容易產生污染，不能滿足環保要求。而內胎膠粉通過將回收的廢舊內胎、邊角料直接通過機械方式粉碎而得[3]，此過程不會產生污染物質，是回收利用廢舊橡膠最有效的方法之一。所制得的膠粉為網狀結構，化學活性較差，與其他材料間的相容性較差，需進行表面改性[4]。本文主要研究內胎膠粉的用量及改性劑品種對自行車內胎的性能影響。

1 實驗部分

1.1 原材料

溴化丁基橡膠（BIIR） 2222：美國埃克森美孚公司；充油乙丙橡膠 G5455，充油量50%，德國朗盛公司；橡膠再生劑RV2，河北瑞威科技有限公司；201樹脂，山西化工研究所；其他配合劑均為市售工業品。

1.2 基本配方（質量份）

BIIR 90，充油乙丙橡膠10，N550 60，碳酸鈣20，云母 10，ZnO 5，SA 2，防老劑 2，促進劑1，硫磺1，201樹脂3，改性膠粉變量，其他材料適量。

1.3 試樣制備

膠粉、云母在100℃的烘箱中干燥4 h，待用。將云母碳酸鈣按照配方比例置于高混機中，添加一定量的硅烷偶聯劑進行表面改性。將膠粉先在開煉機中塑煉成片，再添加一定量改性劑（再生劑和黏合劑）在開煉機中混煉一定時間后得到改性膠粉，待用。

根據基本配方稱量所需各種配合劑，在開煉機中將BIIR、充油EPDM和改性膠粉混煉均勻，依次加入氧化鋅、硬脂酸、防老劑、N550、云母和碳酸鈣、機油等，最后加入硫磺和201樹脂薄通至混煉均勻后下片。

將所得混煉膠稱重并置于模板中，在平板硫化機上于170℃進行硫化。在室溫下放置24 h后，制成試樣。

1.4 性能測試及防水卷材的相關指標

試樣的硬度測試按照GB/T531.1—2008進行，拉伸性能測試按照GB/T 528—2009進行，撕裂性能按照GB/T 529—2008進行。自行車內胎的部分指標參見企業標準，見表1所示。

表1 自行車內胎胎身部分性能指標

2 結果與討論

2.1 改性膠粉用量對自行車內胎的性能影響

膠粉的大量加入不利于薄壁制品的生產，所以本實驗研究膠粉的用量對熱塑性彈性體的性能影響。為了在加入膠粉的同時保持自行車內胎的氣密性，本實驗添加了少量白云母。白云母屬層狀硅酸鹽，一定量白云母的加入能夠提高材料的力學性能、耐熱性和氣密性。因為膠粉和白云母與配方中的BIIR和充油乙丙橡膠的相容性差，所以在使用前均需要進行改性。白云母采用一定量的硅烷偶聯劑改性，膠粉采用河北瑞威公司生產的橡膠再生劑RV2改性。橡膠再生劑RV2無毒、環保，主要通過形成配位鍵減小S—S鍵和S—C的鍵能，經過常溫開煉機機械力的作用，斷開交聯鍵形成游離基，游離基與RV2中的原子或者基團結合可形成穩定的物質。當再次硫化時，可將硫原子釋放，可減少外來硫化劑的添加量。通過RV2再生的橡膠可保持較高的物理機械性能，再生程度可達到原膠的75%～90%[5]。經過改性后的膠粉改變其用量加入到自行車內胎配方中，研究膠粉用量對熱塑性彈性體的性能影響，結果見表2和圖1所示。

表2 改性膠粉用量對自行車內胎膠料性能的影響

從表2和圖1可以看出，就硫化特性而言，隨著膠粉用量的增加，MH略有增加，說明膠粉的加入提高了膠料的硬度；ML增大說明膠料的流動性變差。門尼黏度隨著膠粉用量的增加而增加，說明隨著膠粉用量的增多，膠料不易擠出加工，加工性能變差。邵氏A硬度的變化規律與MH的變化規律相同，拉伸強度和300%定伸應力隨著膠粉用量的增加先略有上升后逐漸下降，最大伸長率隨膠粉用量的增加而呈下降趨勢。對比企業的性能標準，膠粉用量為10份、15份、20份的膠料門尼黏度超過指標要求，膠粉用量為20份的膠料硬度也超過指標要求，需要進一步調整配方。

2.2 膠粉改性劑對自行車內胎的性能影響

為了改善膠粉的性能，在使用再生劑RV2的基礎上添加了軟化劑、增黏劑對膠粉進行改性，提高膠粉和其他基體材料間的相容性。同時為了降低膠料的邵氏A硬度和門尼黏度在配方體系中增大了機油的用量（增加5份），結果見表3和圖2所示。

圖1 膠粉用量對自行車內胎膠料力學性能的影響

從表3和圖2可以看出，在膠粉改性時除了再生劑RV2外又添加了軟化劑或者增黏劑所制備的膠料與只添加再生劑RV2改性的膠粉所制備膠料相比，焦燒時間和正硫化時間變化較小；添加軟化劑或者增黏劑與再生劑共同改性膠粉以及增加機油的雙重作用下，MH、ML和門尼黏度都有所下降。就力學性能而言，加入RV2分別與DF-1101石油樹脂和BN-1增黏樹脂并用改性膠粉所制備的膠料邵氏A硬度較小，能夠滿足指標的要求；使用RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的膠料拉伸強度和300%定伸應力較大，使用RV2/RX-80樹脂改性膠粉所制備的膠料拉伸強度和300%定伸應力較小；使用RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的膠料最大伸長率較大，使用RV2/DF-1101石油樹脂改性膠粉所制備的膠料最大伸長率較大。從以上結果可以看出，使用RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的膠料性能較好，且能夠滿足企業的要求。

表3 膠粉改性劑對自行車內胎膠料性能的影響

圖2 膠粉改性劑對自行車內胎膠料力學性能的影響

2.3 氣密性分析

將RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的膠料進行氣密性測試，結果見表4所示。

從表4可以看出，添加了20份膠粉的膠料透氣量、透氣系數低，膠粉的少量加入沒有對自行車內胎的氣密性產生不良影響，可以添加到自行車內胎配方中提高產品的性價比，同時對資源的回收利用起到積極作用。

表4 RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉制備的膠料氣密性測試

3 結論

（1）隨著改性膠粉用量的增加，所制備得自行車內胎膠料加工性能變差、邵氏A硬度增加，拉伸強度和300%定伸應力先小幅上升后下降，最大伸長率有下降趨勢。

（2）采用不同改性劑改性膠粉，當其用量為20份時使用橡膠再生劑RV2/BN-1增黏樹脂并用作為膠粉改性劑的所制備的內胎膠料性能最優。

（3）對RV2/BN-1增黏樹脂改性膠粉所制備的內胎膠料其進行氣密性測試，其透氣量較小、滲透系數較低，膠粉的加入沒有對內胎的氣密性產生不良影響。

：

[1]王改鋒，盧峰，朱燚. 膠易素T-78Q在自行車內胎中的應用[J].輪胎工業，2014,34(1):43～45.

[2]宋泰愚，李長繼.丁基橡膠再生膠在自行車內胎配方中的應用[J].輪胎工業，2012,32(2):98～100.

[3]祁運鳳.膠粉/塑料熱塑性彈性體研究[D].昆明:昆明理工大學，2002.

[4]吳明生，周海妮. 廢輪胎膠粉力化學改性研究[J].橡膠工業，2014,61(6):325～329.

[5]馬瑞剛，馬亦驍.廢橡膠環境友好型再生技術[J].輪胎工業，2015,35(1):12～15.