氯化聚乙烯橡膠在輪胎氣密層膠中的應(yīng)用

劉 路，鄒 華，2*，周 靜

（1.北京化工大學(xué) 北京市新型高分子材料制備與加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100029；2.北京化工大學(xué) 教育部彈性體材料節(jié)能與資源化工程研究中心，北京 100029；3.風(fēng)神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

隨著科技進(jìn)步和社會的發(fā)展，汽車在人類生活中扮演了越來越重要的角色，而輪胎的氣密性對其安全性能具有重要的作用。溴化丁基橡膠（BIIR）優(yōu)異的氣密性能和良好的抗屈撓疲勞性能使其成為生產(chǎn)輪胎氣密層的主要膠種[1-2]，但由于全BIIR膠料存在炭黑和小料分散不均、與過渡層粘合性差、成本高等缺點(diǎn)，因此需要采用BIIR與其他膠種并用，以實(shí)現(xiàn)氣密層膠內(nèi)填料分散均勻，降低生產(chǎn)成本，保證氣密性能優(yōu)異。

氯化聚乙烯橡膠（CM）是氯原子取代了聚乙烯中的氫原子且氯原子質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到0.25～0.46的高彈性體，具有優(yōu)良的耐候性、耐臭氧性、耐油性和耐熱老化性能，并且與其他高分子材料具有良好的相容性[3-4]。目前無內(nèi)胎輪胎的內(nèi)襯層即氣密層直接貼在胎體簾布層上，并且保持一定的厚度，一方面起著氣密作用，另一方面在輪胎受到鐵釘?shù)却┐虝r，能起到防止氣體快速泄漏的作用。輪胎氣密層膠一般采取鹵化丁基橡膠與天然橡膠（NR）、丁苯橡膠等并用[5]。本工作研究氣密層膠配方中采用CM部分等量替代BIIR/NR并用膠中的NR對輪胎氣密層性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

BIIR，牌號2030，德國朗盛公司產(chǎn)品；CM，牌號CPE150，河北精信化工集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；NR，牌號RSS1，印度尼西亞進(jìn)口產(chǎn)品；炭黑N660，青島德固賽化學(xué)有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，天津長利橡膠貿(mào)易有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

試驗(yàn)配方如表1所示。

表1 試驗(yàn)配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

XK-160型開煉機(jī)，上海橡膠機(jī)械一廠產(chǎn)品；XSM-500型密煉機(jī)，上海科創(chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；25 t平板硫化機(jī)，上海橡膠機(jī)械制造廠產(chǎn)品；CMT-4104型微控電子萬能試驗(yàn)機(jī)，深圳市新三思材料檢測有限公司產(chǎn)品；BS61 Ⅱ型邵氏硬度計，德國Bareiss儀器公司產(chǎn)品；MR-C3型無轉(zhuǎn)子硫化儀和M3810c型門尼粘度儀，北京環(huán)峰化工機(jī)械實(shí)驗(yàn)廠產(chǎn)品；H-800型透射電子顯微鏡（TEM），日本日立公司產(chǎn)品；DSC27型差示掃描量熱儀（DSC），美國Perkin-Elmer公司產(chǎn)品；GDP100型氣密檢測儀，北京瑞達(dá)宇辰儀器有限公司與北京化工大學(xué)先進(jìn)彈性體中心聯(lián)合研制。

1.4 試樣制備

將CM、增塑劑及硫化劑和促進(jìn)劑在密煉機(jī)中混煉制成CM母膠；再將BIIR、CM母膠、炭黑、芳烴油、增粘樹脂及其余助劑在密煉機(jī)中混煉均勻即得混煉膠；混煉膠在開煉機(jī)上薄通、打三角包，混煉均勻出片。

膠料在平板硫化機(jī)上硫化成型，硫化條件為160 ℃/15 MPa×（t90＋3 min），硫化后停放16 h進(jìn)行相關(guān)性能測試。

1.5 性能測試

門 尼 粘 度[ML（1 ＋4）100 ℃]按 照GB/T 1232.1—2000 進(jìn)行測試；硫化特性按照GB/T 16584—1996進(jìn)行測試，測試條件：160 ℃×60 min；拉伸性能按照GB/T 528—2009進(jìn)行測試；撕裂性能按照GB/T 529—2008進(jìn)行測試，采用直角形試樣。

氣密層膠透氣性根據(jù)ISO 2782：2007自制自動化氣密性測試儀進(jìn)行測試，采取測5點(diǎn)厚度取平均值的方法，測試條件為：氮?dú)鈿夥眨錃鈮毫?.4 MPa，溫度 40 ℃，試樣為8 cm直徑圓形薄片。試驗(yàn)前用乙醇對薄膜表面進(jìn)行清洗，然后放入干燥器內(nèi)干燥24 h。

2 結(jié)果與討論

2.1 門尼粘度與硫化特性

BIIR/NR/CM并用比對氣密層膠門尼粘度和硫化特性的影響如表2所示。

從表2可以看出，添加CM影響膠料的門尼粘度，且隨著CM用量的增大，膠料的門尼粘度逐漸降低，焦燒時間延長，正硫化時間縮短，硫化速率略微加快。

表2 BIIR/NR/CM并用比對氣密層膠門尼粘度和硫化特性的影響

2.2 物理性能

BIIR/NR/CM并用比對氣密層膠物理性能的影響如表3所示。

表3 BIIR/NR/CM并用比對氣密層膠物理性能的影響

從表3可以看出：隨著CM用量的增大，膠料的拉伸強(qiáng)度略有減小，拉斷伸長率較未添加CM膠料有所降低，而100%和300%定伸應(yīng)力、邵爾A型硬度和撕裂強(qiáng)度相差不大；在屈撓疲勞測試中，各配方膠料均未出現(xiàn)裂口。

2.3 氣密性

當(dāng)BIIR/NR/CM 并 用 比 分 別 為70/30/0，70/20/10，70/15/15和70/10/20時，膠料的透氣系數(shù)分別為1.463×10-17，1.458×10-17，1.428×10-17和1.388×10-17m2·（Pa·s）-1。CM的加入使膠料的氣密性有所改善，且隨著CM用量的增大，膠料的氣密性逐漸變好。

2.4 動態(tài)力學(xué)性能

硫化膠的儲能模量（G′）和損耗因子（tanδ）[6]隨應(yīng)變的變化規(guī)律與填料分散和交聯(lián)程度有關(guān)。不同并用比膠料的G′-應(yīng)變（ε）和tanδ-ε曲線分別如圖1和2所示。

圖1 不同并用比膠料的G′-lg ε曲線

從圖1可以看出：在低應(yīng)變下，膠料的G′下降較慢；但當(dāng)應(yīng)變超過一定值后，隨著應(yīng)變的增大，G′明顯降低；隨著CM用量的增大，在低應(yīng)變下，初始的G′有略微下降，當(dāng)應(yīng)變超過一定值時，G′相差無幾。

從圖2可以看出，隨著ε的增大，未添加CM膠料的tanδ陡然增大，這說明填料與橡膠之間形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)受到破壞，分子鏈發(fā)生了大的剪切形變，填料網(wǎng)絡(luò)被破壞，生熱量增加。隨著ε的增大，添加CM膠料的tanδ均呈先減小后增大趨勢，且隨著CM用量的增大，膠料的tanδ略有增大。

圖2 不同并用比膠料的tanδ-lg ε曲線

2.5 分散性

不同并用比膠料的TEM照片如圖3所示。

從圖3可以看出：未添加CM的氣密層膠料單純?yōu)锽IIR與NR共混，填料出現(xiàn)部分團(tuán)聚現(xiàn)象，分散性一般；而添加了CM的膠料填料的團(tuán)聚現(xiàn)象有所改善。由此可知，添加部分CM對填料的分散有利。

圖3 不同并用比膠料的TEM照片

2.6 相容性

不同并用比膠料的DSC分析結(jié)果如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著CM用量的增大，膠料的玻璃化溫度（Tg）有所提高，但總體溫度相差不大，這說明添加CM對膠料的Tg影響甚微，且不同膠料在共混、共硫化后得到的硫化膠相容性良好。

圖4 不同并用比膠料的DSC分析曲線

3 結(jié)論

（1）采用CM部分替代BIIR/NR中的NR后，膠料的加工性能和物理性能接近未添加CM膠料的性能水平。

（2）與未添加CM的膠料相比，添加CM膠料的氣密性和填料分散性均有所改善，可以滿足輪胎氣密層膠的使用需求，能夠有效提高產(chǎn)品的市場競爭力。

（3）隨著CM用量的增大，膠料的物理性能和Tg變化不大，tanδ值略有上升，氣密性越來越好。