溴化丁基橡胶/天然橡胶并用的无内胎轮胎气密层混炼工艺改进

吕 强，董爱景，苟登峰

（贵州轮胎股份有限公司，贵州 贵阳 550008）

采用溴化丁基橡胶（BIIR）/天然橡胶（NR）并用的无内胎轮胎气密层在生产过程中不时出现胶皮表面发毛无光泽、凹凸不平的情况，不仅影响正常生产，造成成本浪费，而且给轮胎使用带来质量隐患。随着无内胎轮胎产量的增大，此问题表现得更加突出。

本工作从混炼相容性角度出发，对BIIR和NR并用胶工艺相容性的影响因素进行分析，测试温度对生胶和混炼胶门尼粘度的影响，通过试验改进气密层胶料的混炼工艺，缩小BIIR和NR并用时的门尼粘度差异，改善了相容性，并应用于实际生产中，取得了较好效果。

1 实验

1.1 主要原材料

BIIR，牌号CBK2222，美国埃克森公司产品；NR，5#标准胶，海南天然橡胶产业集团股份有限公司产品；炭黑N660，山西大同恒大化工有限责任公司产品；氧化锌，贵阳中江矿业有限公司产品；芳烃油，洛阳市龙光化工有限公司产品。

1.2 试验配方

BIIR 60，NR 40，炭黑N660 60，氧化锌3，氧化镁 0.3，硬脂酸 1，40MSF树脂 4，C9石油树脂 3，矿质胶 3，芳烃油 4，硫黄 0.6，促进剂DM 1.5。

1.3 主要设备和仪器

254 mm（10英寸）开炼机，上海橡胶机械厂产品；F270型密炼机，英国法雷尔公司产品；XLB-Q 500×500×2型50 t平板硫化机（蒸汽），青岛巨融机械技术有限公司产品；401A型老化烘箱，上海实验仪器有限公司产品；M200E型门尼粘度试验机、R100E型橡胶硫化仪和T2000E型电子拉力机，北京友深电子仪器有限公司产品；Q800型动态粘弹谱仪，美国TA公司产品。

1.4 混炼工艺

（1）正常生产混炼工艺：一段混炼转子转速为40 r·min-1，加入BIIR和NR塑炼胶、小料（不含氧化锌、硫黄和促进剂）混炼40 s后加入炭黑→压压砣→混炼至110 ℃时加芳烃油→压压砣→混炼至122 ℃时提压砣→压压砣→混炼至138 ℃时排料；二段混炼转子转速为20 r·min-1，加入一段混炼胶、氧化锌、硫黄和促进剂→压压砣→混炼60 s→提压砣→压压砣→混炼至105 ℃排料。

（2）试验混炼工艺：根据配方组成，分别生产BIIR母胶M1（BIIR 60，炭黑N660 34，氧化镁 0.3，40MSF树脂、C9石油树脂和矿质胶 9，芳烃油 1）和NR母胶M2（NR 40，炭黑N660 26，硬脂酸 1，C9石油树脂 1，芳烃油 3），停放后进行终炼胶生产（M1母胶/M2母胶质量比为104.3/71），硫化体系配比不变。

M1母胶生产工艺：转子转速为40 r·min-1，加入BIIR、小料（不含氧化锌、硫黄和促进剂）混炼30 s后加入炭黑→压压砣→混炼至125 ℃时加芳烃油→压压砣→混炼至142 ℃排料。

M2母胶生产工艺：转子转速为40 r·min-1，加入NR、小料（不含氧化锌、硫黄和促进剂）混炼30 s后加入炭黑→压压砣→混炼至130 ℃时加芳烃油→压压砣→混炼至145 ℃时提压砣→压压砣→混炼至165 ℃排料。

终炼胶生产工艺：转子转速为20 r·min-1，加入M1母胶、M2母胶、氧化锌、硫黄和促进剂→压压砣→混炼60 s→提压砣→压压砣→混炼至105 ℃排料。

1.5 性能测试

玻璃化温度采用动态粘弹谱仪测试，试验条件为：频率 5 Hz，应力 0.4 MPa，温度范围－80～0 ℃。

其他性能均按相应的国家或企业标准测试。

2 结果与讨论

2.1 温度对生胶门尼粘度[ML（1＋4）]的影响

橡胶相容性是指两种以上聚合物在共混过程中相互分散的能力[1]，其与生胶并用比和门尼粘度等有关。二者的粘度相差越大，并用胶分散相的区域尺寸就越大；二者的粘度越接近，并用胶分散相的区域尺寸就越细微[2]。为了分析混炼工艺对BIIR和NR相容性的影响，分别在不同温度下测试BIIR和NR的门尼粘度，结果见图1。

从图1可以看出，BIIR的门尼粘度比NR低，随着温度的升高，BIIR和NR的门尼粘度下降，BIIR的下降幅度比NR大。

分析认为：NR相和BIIR相的门尼粘度差异越大，并用胶分散相的区域尺寸就越大，同时由于BIIR并用的配方混炼排胶温度都不高，在正常工艺的排胶温度下，机械混炼降低NR门尼粘度的效果不明显，就会出现门尼粘度高、相区尺寸大的NR相分散于BIIR相中，造成混炼胶中两相弹性差异大；其次炭黑在与并用胶共混时，由于炭黑与橡胶分子链中的双键有很强的结合力，不饱和度大的橡胶与炭黑的亲和力大，因此，炭黑在NR相中的分布明显大于在BIIR相中的分布，炭黑在并用胶中的分布不均，会进一步扩大两相的弹性差异，从而引起混炼胶或压延胶片外观凹凸不平。

2.2 温度对混炼胶门尼粘度[ML（1＋4）]的影响

温度对M1和M2母胶门尼粘度的影响见图2。

图2 温度对M1和M2母胶门尼粘度的影响

试验混炼工艺是通过将炭黑分别加入BIIR和NR中，减小炭黑分布对混炼胶门尼粘度的影响，同时采用不同混炼工艺，在M2混炼时提高排胶温度到165 ℃，以降低NR的门尼粘度，这在与BIIR并用时是不能实现的。由图2可以看出，通过以上工艺改进，在终炼胶混合的温度范围（105～115 ℃）内，M1和M2母胶的门尼粘度比较接近，减小了并用胶两相粘弹性的差异。

2.3 混炼工艺对玻璃化温度的影响

为了考察试验工艺的混合效果，研究混炼工艺对混炼胶玻璃化温度的影响，结果见图3，tanδ为损耗因子。

图3 混炼工艺对混炼胶tanδ的影响

从图3可以看出，与生产工艺相比，试验工艺混炼胶的玻璃化温度向低温方向移动。这是因为在试验工艺混炼胶中，NR混炼时的机械作用时间长，分子链断裂的几率大，相对分子质量比正常生产工艺小，使分子链端部的浓度增加，从而降低玻璃化温度，进一步说明试验工艺可以达到降低NR门尼粘度的效果。

从图3还可以看出，试验工艺胶料的tanδ-温度曲线的峰宽比正常生产工艺胶料窄，说明在试验工艺条件下，混炼胶的相容性比正常生产工艺要好，进一步说明试验工艺可以缩小混炼胶中两相的门尼粘度差异。

2.4 混炼工艺对炭黑分散性的影响

采用不同混炼工艺生产的混炼胶的炭黑分散情况见图4。

图4 混炼胶的炭黑分散情况

从图4可以看出，试验工艺胶料中的炭黑分散性优于正常生产工艺胶料，这主要是由于试验工艺改变了炭黑分布，改善了并用胶中NR和BIIR的门尼粘度，因此有利于混炼时填料的分散。

2.5 混炼工艺对胶料性能的影响

混炼工艺对胶料硫化特性和物理性能的影响见表1。

从表1可以看出：试验工艺胶料的硫化特性与生产工艺胶料相差不大；老化前后硫化胶的物理性能均明显优于正常生产工艺胶料，这主要是由于在试验混炼工艺条件下，炭黑在BIIR相中的分布比正常生产工艺多，起到了补强效果。

表1 混炼工艺对胶料性能的影响

2.6 实际生产效果

对采用试验工艺生产的混炼胶进行气密层胶片试生产。结果显示，混炼胶热炼时比较容易回炼均匀，压延胶皮表面平整光洁性提高，坏料明显减少。

3 结论

采用试验混炼工艺可改善混炼胶的相容性，从而提高胶料的加工性能，解决了气密层胶片生产时经常出现的凹凸不平等外观问题，胶料的物理性能得到改进，可以满足正常生产要求，同时NR直接混炼，取消了塑炼过程，提高了生产效率。