汽车轮胎气密层中溴化丁基橡胶的加工配方研究

王春磊，王 瑜，焦宏宇*，刘秀兰，徐海燕，潘广勤

（1.中国石油兰州石化公司研究院，甘肃兰州 730060；2.青岛科技大学环境与安全工程学院，山东青岛 266042）

汽车轮胎气密层中溴化丁基橡胶的加工配方研究

王春磊1，王 瑜1，焦宏宇1*，刘秀兰1，徐海燕1，潘广勤2

（1.中国石油兰州石化公司研究院，甘肃兰州 730060；2.青岛科技大学环境与安全工程学院，山东青岛 266042）

采用合理设计配方中的硫化体系、补强体系、增塑体系和防老体系等，对进口溴化丁基橡胶的硫化加工配方开展优化研究，测试优化硫化加工配方条件下的力学性能，得到较好的溴化丁基橡胶硫化加工配方，并将优化后的配方用于自制溶液法溴化丁基橡胶，得到硫化胶的力学性能达到轮胎气密层的使用要求。

溴化丁基橡胶；溶液法溴化丁基橡胶；轮胎气密层；加工配方优化

目前，丁基橡胶的生产方法主要有淤浆法和溶液法两种。淤浆法技术成熟，大部分公司在使用淤浆法生产丁基橡胶，主要的生产商有美国Exxon公司、德国Lanxess公司、俄罗斯的Nizhnekamskneftekhim公司、中国的燕山石化等；而溶液法由俄罗斯的陶里亚蒂合成橡胶公司与意大利Pressindustra公司合作开发生产。

丁基橡胶应用十分广泛，主要用于内胎、水胎、硫化胶囊、药用瓶塞、涂覆、电线电缆等方面。在轮胎工业是不可缺少的橡胶原料，是制造轮胎内胎的最好胶种，也是优质子午胎的必须原料，这是因为丁基橡胶的气密性非常好，约是天然橡胶的10倍左右，而且丁基橡胶内胎生产成本也低于天然胶内胎，在美国、日本内胎已经实现了100％的丁基化，在南朝鲜、台湾、欧洲也均实现了90％以上的丁基化；在中国内胎丁基化仅占30％，作为一个发展中国家，各个行业都在迅速发展，汽车行业也一样，现在顾客对内胎丁基化的要求越来越强烈，所以在中国内胎丁基化已成必然发展趋势。

虽然近年我国IIR市场价格有所下滑，但与其他橡胶品种相比，IIR仍然具有很大的投资前景，特别是HIIR的国产化对我国IIR产业的发展十分重要。随着我国经济的快速发展，高速公路的不断延伸，轮胎特别是载重型轮胎的发展已经历了由高生热的低速斜交轮胎到低生热高速全钢子午线轮胎的成功过渡，目前正在朝着无内胎化发展[1]。而气密性好且与其他橡胶粘合性好的HIIR已成为气密层主体材料的最佳选择。

我国溴化丁基橡胶技术研究起步较晚，中石化燕山石化于2010年10月建成3万t/a BIIR装置，开车后对汽提、中和系统、溶胶区等进行了改造，产品逐渐得到部分下游轮胎企业的认可，但产品外观及稳定性等较埃克森、朗盛等产品仍有很大差距。2012年10月，浙江信汇合成材料有限公司也进行溴化丁基橡胶的试生产，产品稳定性较燕山石化有一定优势，得到了部分中低端轮胎企业及医药瓶塞企业的认可。2013年8月，盘锦和运实业集团引进俄罗斯技术建成3万t/a BIIR装置并进行试车，由于溴利用率低、凝聚等问题，仍处于不间断试产阶段。2014年，我国卤化丁基橡胶表观消耗量22.8万t/a，进口溴化丁基20.4t，产业化的装置有三套，产能近11万t/a，实际产量2.4万t，目前国内溴化丁基橡胶还是基本依赖进口。

随着轮胎无内胎化迅速普及、丁基橡胶塞迅速推广应用以及HIIR应用领域的迅速扩展，我国市场对于HIIR的需求将不断增加，而对中低端普通IIR的需求会继续有所减小，但今后相当长一段时期内我国仍需大量进口高品质的普通IIR及HIIR。同时我国IIR产能的迅速扩张和品质不断提高给进口产品造成前所未有的压力，近2年不断大幅走低的进口IIR市场价格充分证实了这一点。今后，我国还应在高品质的普通IIR以及HIIR的研究、生产和应用方面继续努力。

由于溴化丁基橡胶配方存在定伸应力和硬度偏高以及硫化时间较长的问题，本文旨在对卤化丁基橡胶的加工配方进行优化研究，并将其应用于自制的溶液法溴化丁基橡胶。

1 实验部分

1.1 原材料

进口溴化丁基橡胶，BIIR-2030；自制溶液法溴化丁基橡胶BIIR-LH；N220，美国卡博特公司；S，青岛城阳双埠硫磺加工厂；石油树脂100，兰州石化公司；SA、ZnO、DM、ZDA、SP1068均为市售工业级产品。

1.2 分析与测试

（1）混炼得到的混炼胶室温停放一定时间后进行硫化特性的测试：参照GB/T 16584—1996测试硫化特性。

（2）混炼得到的混炼胶室温停放一定时间后16～24h后，做平板硫化实验，根据实验需要硫化一定数量的试片，进行停放。

（3）裁片：根据国标的试样要求，分别采取拉伸试样，测量厚度，拉伸性能按GB/T528—1998。

（4）力学性能：拉伸性能按GB/T528—1998，采用优肯公司的UT-2060型强力拉伸机测试。

2 结果与讨论

2.1 溴化丁基橡胶内胎的配方优化设计

根据溴化丁基橡胶的结构、混炼工艺及基本性能的差别，合理选择加工助剂，进行配方优化设计，使其达到内胎的工艺和性能指标。

针对溴化丁基橡胶配方存在定伸应力和硬度偏高以及硫化时间较长的问题，进行了如下的配方优化设计；见表1、2。

以150g生胶计量，加入顺序：溴化丁基胶→硬脂酸、氧化镁→炭黑→石油树脂、炭黑→环烷油→SP1068-DM →硫磺；薄通6次。

表1 正交实验个因素水平表

表2 试验配方

2.2 硫化特性

从表3可以看出，配方1-3的正硫化时间最短。

表3 硫化特性

2.3 优化配方条件下硫化胶的物理机械性能

表4 优化配方条件下硫化胶的物理性能（160×tc90）

由表4、表5数据可以看出，拉伸强度比较好的水平为，A2，B2和C1。即优选配方为DM 1.5，MgO 0.20，N220 60，S 0.5，ZnO 1.5，SP1068 3。由表6方差分析数据可知，三种因素影响拉伸强度的顺序为：因素A＞因素C ＞因素B。内胎要求扯断伸长率高、定伸低、拉伸强度高等。综合考虑，可以选出优选配方为1-6，DM 2，MgO 0.15，N220 60，S 0.5，ZnO 1.5，SP1068 3（即A3B2C1）。

表5 实验数据分析

表6 方差分析

2.4 优选配方条件下两种溴化丁基橡胶硫化胶的物理机械性能

采用优化得到的优选配方1-6作为橡胶加工配方，对进口溴化丁基橡胶和自制溶液法溴化丁基橡胶进行加工后测试力学性能，结果见表7。

表7 优选配方条件下两种溴化丁基硫化胶的常规力学性能（160℃×TC90+2min）

由表7数据可以看出，该优选配方亦适用于自制的溶液法溴化丁基橡胶。通过表7可以看出，自制溶液法溴化丁基橡胶BIIR-LH的拉伸强度和扯断伸长率等力学性能与进口溴化丁基橡胶BIIR2030接近，均符合要求。

3 结论

1）在溴化丁基橡胶内胎的应用方面，通过配方优化设计发现，综合性能较好的配方为：BIIR 100，SA 1，DM 2，环烷油，7.0 MgO 0.15，石油树脂7.0，N220 60，S 0.5，ZnO 1.5 和SP1068 3。

2）采用优化得到的优选配方1-6作为橡胶加工配方，对进口溴化丁基橡胶和自制溶液法溴化丁基橡胶进行加工后测试力学性能，结果表明该优选配方亦适用于自制的溶液法溴化丁基橡胶。

[1]刘晓庆，曾清，董继学，等.轿车子午线轮胎气密层胶配方改进[J].轮胎工业，2012，（32）：84-88.

[2]于清溪.轮胎工业用橡胶材料现状与发展（一）[J].橡胶科技市场2008，（9）：1-4.

[3]王进文，刘霞.卤化丁基橡胶气密层对轮胎性能的影响[J].世界橡胶工业，2007，（9）：25-29.

[4]文涛.轮胎气密层胶料配方[J].现代橡胶技术，2008，（5）：22-25.

Study on Processing Formulation Optimization of Bromobutyl Rubber Used in Automobile Tire Inner Liner

Wang Chun-lei，Wang Yu，Jiao Hong-yu，Liu Xiu-lan，Xu Hai-yan，Pan Guang-qin

The vulcanized processing formulation optimization of imported bromobutyl rubber was studied with the reasonable design of formulations including vulcanization system，filler system，plasticized system，anti-aging system and so on.The optimized vulcanized processing formulations were get，and under the optimized formulation conditions the mechanical property was tested.The optimized formulations were used for synthesized solution bromobutyl rubber，and the mechanical property of vulcanized rubber has achieved application requirement of styre inner liner.

Bromobutyl rubber；Solution bromobutyl rubber；Tyre inner liner；Processing formulations optimization

TQ330.1

A

1003-6490（2016）08-0066-02

2016-07-30

王春磊（1982—），男，山东安丘人，工程师，主要从事橡胶合成与应用方面的工作。