橡胶增强剂Create-E在全钢载重子午线轮胎气密层胶中的应用

2016-07-28刘志芳蒙毅钊

橡胶科技 2016年4期

刘志芳，蒙毅钊，巫超，陈延

（中国化工橡胶桂林有限公司，广西桂林 541805）

近年来，许多轮胎企业在子午线轮胎气密层胶中添加层状硅酸盐粘土作为填料，该粘土为平行或重合分布的纳米磷片状晶体，可以增加气体的扩散路径，使橡胶的气密性提高[1]。

橡胶增强剂Create-E是一种层状硅酸盐粘土，其以富硅矿石为原料，通过超细研磨和化学改性制成，粒径约为10 μm，二氧化硅质量分数约为0.8。橡胶增强剂Create-E在胶料中具有优异的分散性能和良好的补强性能，已在摩托车轮胎和自行车轮胎胶料中广泛应用，但在汽车轮胎中的应用还有待考察。

本工作进行橡胶增强剂Create-E在全钢载重子午线轮胎溴化丁基橡胶（BIIR）/天然橡胶（NR）气密层胶中的应用试验，为其在汽车轮胎中的应用提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

BIIR，牌号2030，德国朗盛化学公司产品；NR，牌号STR20，泰国产品；丁基橡胶（IIR）再生胶，南通回力橡胶有限公司产品；炭黑N660，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；橡胶增强剂Create-E，宁波卡利特新材料有限公司产品。

1.2 主要设备与仪器

BB-2型密炼机，日本神户制钢所产品；Φ160 mm×320 mm开炼机，湛江橡胶机械厂产品；45 t平板硫化机，上海虹口机器厂产品；MD-3000A无转子硫化仪，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；T-10型橡胶电子拉力试验机，美国孟山都公司产品。

1.3 配方

采用的全钢载重子午线轮胎BIIR/NR气密层胶配方见表1。

表1 配方份

1.4 试样制备

小配合试验胶料分两段混炼，一段混炼在密炼机中进行，密炼室初始温度为60 ℃，转子转速为60 r·min-1，混炼工艺为：生胶小料炭黑、橡胶增强剂Create-E和软化剂排胶。二段混炼在开炼机上进行，混炼工艺为：一段混炼胶→促进剂和硫化剂→薄通4次→下片。

1.5 性能测试

（1）气密性。根据ISO 2782-1—2012《硫化橡胶或热塑性橡胶透气性的测定第1部分：差压法》自制自动化气密性测试仪。测试气体为氮气，压力为0.4 MPa，温度为40 ℃，试样为厚度（2.5±0.5）mm、直径8 cm的圆形薄片。测试前用乙醇清洗试样表面，然后试样在干燥器中干燥24 h。气体分析装置为气相色谱分析仪，保持试样两侧压差恒定，检测单位时间透过的气体体积，用Visual Basic程序处理测试数据，计算得出透气率（P）。计算公式如下。

式中，V为透过气体体积，m3；d为试样厚度，m；s为试样透气面积，m2；t为气体透过时间，s；p为试样两侧压差，Pa。

（2）胶料其余性能按照相应国家标准测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

橡胶增强剂Create-E的理化性能见表2。从表2可以看出，橡胶增强剂Create-E的主要成分为二氧化硅，还含有少量三氧化二铝。

表2 橡胶增强剂Create-E的理化性能

2.2 气密层胶性能

气密层胶性能见表3。从表3可以看出：与C0配方胶料相比，采用17份和22份橡胶增强剂Create-E分别等量部分替代炭黑的C1配方和C2配方胶料门尼粘度较低，门尼焦烧时间较长；FL和Fmax略低，硫化速度略快；硬度、300%定伸应力和撕裂强度较低，拉断伸长率和正硫化时间（30 min）的拉伸强度较高，耐热老化性能相当；气密性差别不大，C2配方胶料气密性略有提高。

表3 气密层胶性能

从表3还可以看出：与C0配方胶料相比，炭黑用量不变，分别添加17份和22份橡胶增强剂Create-E，同时减小BIIR用量的C3和C4配方胶料的硬度和300%定伸应力略大，拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度降低，气密性略有降低，这是BIIR含量降低所致；C3配方胶料气密性优于C4配方胶料，与C0配方胶料差别较小。综合来看，C3配方胶料综合性能较好。

2.3 成本分析

由于橡胶增强剂Create-E成本低于炭黑N660，NR价格低于BIIR，因此C1～C4配方胶料成本低于C0配方胶料。按2015年1月原材料市场价格计算，胶料成本见表4。从表4可以看出，与C0配方胶料相比，C3配方和C4配方胶料成本明显降低。以年产120万条全钢载重子午线轮胎计算，如果用性价比较高的C3配方胶料替代C0配方胶料，每年可节约成本300多万元，具有显著的经济效益。