环保空气阻止剂NM360的特性及其在子午线轮胎气密层胶中的应用

杨树田

（郑州金山化工有限公司，河南 郑州 452385）

子午线轮胎气密层的主要作用是提高轮胎气密性，延长轮胎使用寿命，是轮胎中成本较高的部件。目前，大多数轮胎企业采用溴化丁基橡胶（BIIR）或氯化丁基橡胶（CIIR）/天然橡胶（NR）（并用比80/20）并用胶生产气密层。为了降低成本，可以采取增大NR用量，减小CIIR或BIIR用量，或添加丁基再生橡胶和碳酸钙以降低含胶率等方法，但胶料的气密性不理想，且体积成本增大[1]。为解决这一问题，必须研究开发专用橡胶助剂。环保型空气阻止剂NM360（下文简称NM360）是从高质量、低挥发沥青精煤中提炼，经过多层次深加工制成的新型材料。NM360具有平板结构，是一种高品质的极细层片状结构颗粒物，气密性良好，密度为1.19 Mg·m-3（炭黑密度约为1.8 Mg·m-3），能明显降低混炼胶体积成本[2]。本工作研究NM360的特性及其在半钢子午线轮胎和全钢载重子午线轮胎气密层胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，牌号SMR10，马来西亚产品；BIIR，牌号2222，美国埃克森美孚化工公司产品；CIIR，牌号1066，德国朗盛公司产品；炭黑N660，上海卡博特化工有限公司产品；NM360，黑色颗粒，无毒，pH值为8.2，加热减量（125 ℃×1 h）为1.1%，郑州金山化工有限公司产品。

1.2 配方

1.2.1 半钢子午线轮胎气密层胶配方

生产配方：NR，20；CIIR，80；炭黑N660，60；氧化锌，3；硬脂酸，1；石蜡油，4；辛基酚醛增粘树脂，3；均匀剂40MSF，9；碳酸钙，40；促进剂DM，0.3；不溶性硫黄（IS7020），0.72；硫黄，0.64，合计，221.66。

试验配方：NM360，10；炭黑N660，50；其它组分与生产配方相同。

1.2.2 全钢载重子午线轮胎气密层胶配方

生产配方：BIIR，100；炭黑N660，60；氧化锌，3；氧化镁，1；硬脂酸，2；芳烃油，10；增粘树脂1102，4；均匀剂40MSF，6；促进剂DM，1.5；硫黄，0.5；合计，188。

试验配方：NM360，10；炭黑N660，50；其它组分与生产配方相同。

1.3 性能测试

硫化胶气密性采用气密性测试仪（自制）进行测定，测试气体为氮气，压力0.57 MPa，温度40℃，试样为厚度8 mm的圆形薄片。试验前用乙醇对试样表面进行清洗，然后放入干燥器中干燥24 h[1]。胶料物理性能按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 NM360的特性

2.1.1 结构表征

NM360的透射电镜照片见图1。从图1可以看出：NM360颗粒包括小颗粒和大颗粒，小颗粒附着在大颗粒上；大颗粒尺寸为4～10 μm；小颗粒呈片层状，而且片层结构中夹杂细小的薄片层；小颗粒尺寸为0.5～1 μm，特别是厚度为0.2 μm的片层和可能在混炼过程中剥落的细小片层对气密性和补强性能做出贡献。

图1 NM360的透射电镜照片

2.1.2 分散性

将NM360置于水中超声分散，取分散液，滴膜用高分辨透射电镜进行观察，透射电镜照片如图2所示。从图2可以看出：NM360在水中分散成厚度很小的薄片层；分开后聚集体尺寸在1 μm左右，小颗粒较少；聚集体是由很多片层迭加而成的，上面还有一些十分细小的纳米颗粒。

图2 NM360分散液的透射电镜照片

2.2 NM360对气密层胶性能的影响

2.2.1 硫化特性

NM360对半钢子午线轮胎气密层胶和全钢载重子午线轮胎气密层胶硫化特性的影响如表1所示。从表1可以看出，无论是半钢子午线轮胎气密层胶还是全钢载重子午线轮胎气密层胶，试验配方胶料和生产配方胶料的流动性和交联程度差别不大，加工安全性相近，硫化速度基本相同。

表1 气密层胶的硫化特性

2.2.2 物理性能

NM360对半钢子午线轮胎气密层胶和全钢载重子午线轮胎气密层胶物理性能的影响如表2所示。从表2可以看出，与生产配方胶料相比，试验配方胶料的气密性提高。

表2 气密层胶的物理性能

2.2.3 工艺性能

添加NM360的气密层试验配方胶料混炼时包辊性能好，不粘辊，这与NM360含有软化剂、烃类树脂混合物及炭素体等有助于配合剂分散的组分有关；气密层试验配方胶料的收缩率与过渡层胶一致，工艺增粘性好，气密层胶与过渡层胶的粘合强度高，粘合层间无气泡。试验配方胶料的工艺性能优于生产配方胶料。

2.2.4 成品性能

2.2.4.1 高速性能和耐久性能

采用试验配方胶料试制185/65R14 86H半钢轿车子午线轮胎，并对成品轮胎的耐久性能和高速性能进行测试，结果如表3所示。从表3可以看出，与生产轮胎相比，试验轮胎的耐久性能和高速性能提高。

表3 185/65R14 86H半钢轿车子午线轮胎的耐久性能和高速性能

采用试验配方胶料试制11.00R20 18PR全钢载重子午线轮胎，并对成品轮胎耐久性能和高速性能进行测试，结果如表4所示。从表4可以看出，与生产轮胎相比，试验轮胎的高速性能提高，耐久性能相同。

表4 11.00R20 18PR全钢载重子午线轮胎的耐久性能和高速性能

2.2.4.2 气密性

成品轮胎的气密性试验按照企业标准BZ-32-004《子午线轮胎气密性试验办法》进行测试。试验温度为18～36 ℃，轮胎气压表分度不大于10 kPa。测试方法：轮胎充入规定气压后放置一定时间，测量轮胎气压，即测试前轮胎在18～36 ℃下停放3 h以上，将轮胎安装在轮辋上，轮胎充气至额定气压并检查气门芯是否漏气，用气压表测量压力并记录。充气后轮胎在室温下停放24 h以上，使胎体充分膨胀，如气压下降则补充至额定气压，然后在18～36 ℃下放置27 h，测量压力并记录，检查轮胎是否出现鼓包、脱层等缺陷。

轮胎气压下降率K按下式进行计算：

式中，P1为轮胎额定气压，kPa；P2为第2次放置后实测的轮胎气压，kPa。K≤4%，轮胎的气密性合格；K＞4%，轮胎的气密性不合格。

对采用试验配方胶料试制的185/65R14 86H半钢轿车子午线轮胎和11.00R20 18PR全钢载重子午线轮胎进行气密性测试，结果如表5所示。从表5可以看出，试验轮胎的气密性优于生产轮胎。

表5 子午线轮胎的气密性测试结果

2.3 经济效益分析

NM360不仅能提高胶料气密性，而且有助于降低成本。在185/65R14 86H半钢轿车子午线轮胎和11.00R20 18PR全钢载重子午线轮胎气密层胶中加入10份NM360，同时炭黑N660用量减小10份，按NM360市场价格每吨3500元计算，混炼胶成本降低4%。

3 结论

NM360是轮胎专用空气阻止剂，在子午线轮胎气密层配方中加入10份NM360，同时炭黑N660用量减小10份，胶料的加工工艺性能和成品轮胎气密性明显改善，同时胶料的生产成本降低。