EXXPRO在全鋼子午線輪胎氣密層膠中的應用

金振渙，江 偉，陳 生，胡金龍

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

現代充氣輪胎是由許多專用部件組成并經過巧妙設計的產品。輪胎氣密層的作用是密封空氣，以使從輪胎中擴散出的空氣量減至最小。氣密層有助于保持輪胎適當的充氣壓力、減小滾動阻力，提高耐久性能、操縱性能和行駛性能，阻止輪胎內的氧氣和水蒸氣滲透，防止輪胎部件氧化和鋼絲簾線腐蝕。溴化丁基橡膠（BIIR）的低透氣性能和透水性能、高耐熱性能和耐屈撓性能以及能夠與高不飽和橡膠共硫化的綜合性能使其成為輪胎氣密層膠的主要膠種[1-4]。

EXXPRO1603是埃克森美孚化工公司開發的一種新型特種彈性體，它是一種溴化聚合物，由異丁烯和對甲基苯乙烯（PMS）共聚制得，溴化反應選擇性地發生在PMS的甲基基團上，提供活性芐基溴官能團，EXXPRO1603具體分子結構見圖1。與其他BIIR相比，EXXPRO1603分子鏈完全飽和，溴化對甲基苯乙烯基團的加入增大了橡膠分子間的空間位阻，使氣體更加難以透過。

圖1 EXXPRO1603的分子結構式

在全鋼子午線輪胎使用過程中，由于輪胎滾動變形生熱以及壓縮胎里空氣，胎里溫度急劇上升。根據市場調查，目前很多物流公司為追求送貨的時效性和車輛的運轉率，實行甩掛方法，使得車頭輪胎（導向輪、驅動輪）使用時間在18 h·d-1以上，平均行駛5 h左右進服務區休息，導致氣密層長期在高溫條件下工作，因此，氣密層在高溫條件下的氣密性尤為重要。

本工作研究EXXPRO1603在全鋼子午線輪胎氣密層膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），STR20，泰國產品；BIIR2222和EXXPRO1603，埃克森美孚化工公司產品；炭黑N660，上海卡博特化工有限公司產品。

1.2 試驗配方

全BIIR膠料配方：BIIR 100，炭黑N660 50，其他 30.9，合計 180.9。配方1和2中的BIIR分別為EXXPRO1603和BIIR2222。

BIIR/NR并用膠配方：NR 20，BIIR 80，炭黑N660 50，其他 29.1，合計 179.1。配方3和4中的BIIR分別為EXXPRO1603和BIIR2222。

1.3 主要設備和儀器

PHM-2.2型1.8 L密煉機，璧宏機械工業股份有限公司產品；SK-160型開煉機，無錫第一橡塑機械設備有限公司產品；XLB-400×400型平板硫化機，湖州宏僑橡塑機械有限公司產品；MV2000門尼粘度儀和MDR2000型無轉子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產品；XY-1型橡膠硬度計，北京化工機械廠產品；GT-TCS-2000型拉力試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品；EPLEXOR 500N型粘彈譜儀，德國GABO公司產品；VAC-V2型氣密性檢測儀，濟南蘭光機電技術有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料分兩段混煉，一段混煉在密煉機中進行，轉子轉速為40 r·min-1，溫控水溫度設定為60 ℃；二段混煉在開煉機上進行。

一段混煉工藝如下：密煉室溫度達到60 ℃時加入生膠（30 s）→炭黑及小料（升溫至95 ℃）→操作油（升溫到130 ℃）→排膠。

二段混煉工藝如下：加入一段混煉膠混煉均勻→硫黃和促進劑，左右切割各3次→手動交替打卷和三角包各5次→出片。

膠料在室溫下放置24 h后，采用無轉子硫化儀測定硫化曲線，溫度為151 ℃。膠料在平板硫化機上硫化，硫化條件為151 ℃×（t90+2 min）。

1.5 性能測試

為了提高重現性，每個配方膠料進行3次測試，取平均值。

（1）物理性能。各項性能均按相應國家或企業標準進行測試，撕裂強度采用新月形試樣。

（2）動態力學性能。采用粘彈譜儀在拉伸模式、頻率為20 Hz、拉伸率為（10%±0.25%）條件下測定損耗因子（tanδ）。

（3）氣密性。為驗證試驗氣密層膠在實際使用過程中的溫度，利用室內機床模擬輪胎實際使用情況，將智能芯片貼于輪胎氣密層上，試驗輪胎為12R22.5 18PR導向輪胎，按照企業室內耐久性試驗條件（見表1）測試耐久性試驗過程中氣密層膠表面溫度及壓力變化。

表1 室內耐久性試驗條件

為模擬試驗氣密層實際使用情況，氣密性測試條件設定如下：測試模式 模糊測試，抽真空時間6 h，壓力 300～600 Pa，測試常溫條件下老化前后以及高溫條件下膠料的透氣率。

2 結果與討論

2.1 全BIIR配方

2.1.1 硫化特性

Fmax-FL在一定程度上可以表征硫化膠的交聯程度，其值越大，交聯程度越高；FL可反映膠料的加工流動性。

全BIIR配方膠料的硫化特性見表2。

由表2可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，膠料的門尼粘度略有增大，門尼焦燒時間有所延長，Fmax-FL增大，FL基本不變，t10和t90有所延長，結果表明使用EXXPRO1603后膠料的交聯程度和加工安全性提高。

表2 全BIIR配方膠料的硫化特性

2.1.2 物理性能

全BIIR配方硫化膠的物理性能測試結果如表3所示。

由表3可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222后，硫化膠的拉伸強度相當，硬度和定伸應力明顯提高。這是由于EXXPRO1603中含有PMS基團。

表3 全BIIR配方硫化膠的物理性能

2.1.3 動態力學性能

在橡膠行業中，通常用動態力學性能中60 ℃時的tanδ來評估輪胎的滾動阻力，60 ℃時的tanδ越小，滾動阻力越低。配方1和2硫化膠在60 ℃時的tanδ分別為0.267和0.265。可見在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化膠60 ℃時的tanδ有所增大，但增幅很小，這也是由EXXPRO1603中含有的PMS基團導致的。

2.1.4 氣密性

測試時間和負荷對氣密層表面溫度和壓力的影響如表4所示。

表4 測試時間和負荷對氣密層表面溫度和壓力的影響

由表4可以看出，隨著耐久性測試時間的延長及負荷的增大，氣密層表面溫度和壓力急劇上升，臨近損壞時氣密層表面溫度達到115 ℃，胎里壓力由930 kPa上升至1 220 kPa。

根據輪胎實際使用情況，測試了硫化膠常溫（23 ℃）和高溫（50和70 ℃）下的氣密性，結果如表5所示。

由表5可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，不同測試條件下硫化膠的透氣率均有所減小，高溫下尤為明顯，70 ℃下膠料的透氣率減小幅度達到20%。

表5 全BIIR配方膠料透氣率測定結果10-14cm2·（Pa·s）-1

2.2 BIIR/NR并用配方

2.2.1 硫化特性

BIIR/NR并用膠的硫化特性見表6。

表6 BIIR/NR并用膠的硫化特性

由表6可以看出：在BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，膠料的門尼粘度略有增大，門尼焦燒時間有所延長，加工安全性提高；Fmax-FL增大，交聯程度提高，FL基本不變，t10和t90有所延長，這與全BIIR配方膠料的變化趨勢相同。

2.2.2 物理性能

BIIR/NR并用膠的物理性能測試結果如表7所示。

表7 BIIR/NR并用膠的物理性能

由表7可以看出，在BIIR/NR并用配方中使用EXXPEO1603等量替代BIIR2222，硫化膠的拉伸強度有所下降，硬度、定伸應力和拉斷伸長率提高，撕裂強度不變。這是由于相較于BIIR2222，EXXPRO1603中的PMS基團與NR的相容性較差，使得NR與EXXPRO1603相分散較差，從而導致硫化膠的拉伸強度降低。

2.2.3 動態力學性能

BIIR/NR并用配方3和4硫化膠在60 ℃時的tanδ分別為0.225和0.224。可以看出，BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化膠60 ℃時的tanδ略有增大，這與全BIIR配方硫化膠的變化趨勢相同。

2.2.4 氣密性

BIIR/NR并用膠的氣密性測試結果見表8。

由表8可見，在BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化膠的透氣率大幅減小，這與全BIIR配方硫化膠的變化趨勢相同。

表8 BIIR/NR并用膠的透氣率測定結果10-14cm2·（Pa·s）-1

3 結論

本工作研究EXXPRO1603在全鋼子午線輪胎氣密層膠中的應用。結果表明：在全BIIR配方和BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，膠料的交聯程度和加工安全性提高，硫化膠的物理性能變化不明顯，氣密性，尤其是高溫條件下的氣密性顯著提高。以EXXPRO1603替代BIIR2222用于全鋼子午線輪胎氣密層膠中，可降低輪胎充氣壓力損失率，減少氧氣和水蒸氣的滲透，延長輪胎使用壽命。