乙丙橡胶在载重子午线内胎的应用性能*

2019-01-03孙聚华李文博袁传波王雨晴邹向阳

弹性体 2018年6期

孙聚华，李文博，袁传波，车浩，王雨晴，郑翔，邹向阳

(1.中国石油吉林石化公司研究院，吉林吉林 132021；2.中国石油工程建设有限公司北京设计分公司，北京 100101；3.中国石油吉林石化公司矿区服务事业部，吉林吉林 132021；4.中国石油吉林石化公司销售公司，吉林吉林 132021；5.吉林梦溪工程管理有限公司，吉林吉林 132021)

乙丙橡胶是由乙烯和丙烯共聚制得的，分为二元乙丙橡胶(EPM)和三元乙丙橡胶(EPDM)。乙丙橡胶因分子主链为饱和结构，使其具有卓越的耐臭氧、耐候性、电绝缘性等性能[1-8]。单体乙烯、丙烯价廉易得，因此得到广泛的应用[9-10]。EPM由于没有双键，不能采用硫磺硫化，因而，限制了它的应用，EPM主要用于润滑油改性以及聚烯烃改性；EPDM由于侧链上含有双键，不仅可以采用硫磺硫化，硫化胶还保持了EPDM的性能，主要用于汽车部件、防水卷材、电线电缆护套、塑胶跑道、汽车密封件、耐热胶管、胶带以及其它改性剂[11-15]。

中国石油吉林石化公司乙丙橡胶装置经过多次的扩建和改造，已经从1997年的2万t/a扩建到目前的8.5万t/a，生产的产品基本覆盖了润滑油改性、电线电缆、橡胶制品等应用领域，产品性能基本满足市场需求，但在载重子午线内胎领域的应用处于空白。因此，本文对吉林石化公司DPEM J-2070产品用于全钢载重子午线轮胎内胎胶的应用性能进行全面研究，并且与国外EPDM产品2060M进行应用性能对比，研究了EPDM J-2070与国外产品的性能差异及可替代性，为吉林石化公司产品质量的提升和市场推广提供重要技术支持。

1 实验部分

1.1 原料

乙丙橡胶J-2070：中国石油吉林石化公司有机合成厂；EPDM 2060M：日本三井公司；丁基橡胶(IIR)：IIR268，中国石化燕山石化分公司；炭黑N330、N550、N774：卡波特公司；石蜡油2280：工业级，衡水圣康化工有限公司；硫磺、促进剂TT、促进剂M等均为市售工业品。

1.2 仪器及设备

开炼机：ZG-160，东莞市正工机电设备科技有限公司；密炼机：XSM-05，上海科创橡塑机械设备有限公司；电子拉力机：AI-700-S，高铁科技股份有限公司；橡胶加工分析仪：VISCO-ELASTOGRAPH，德国Goettfert 公司；老化箱：AG-1110，日本岛津公司；邵氏硬度计：MS-100，东莞市中旺精密仪器有限公司；透气性测试仪：BF-FZ12，东莞市东城检验设备有限公司；旋转弯曲疲劳试验机：济PXW-350，南凯德仪器有限公司；低温脆性试验仪：MZ4068，江苏明珠试验机械有限公司；臭氧老化试验箱：QL-500，无锡市苏意达试验设备有限公司。

1.3 试样制备

胶料混炼采用二段混炼工艺。一段混炼工艺在5 L密炼机中进行混炼，加入小料、炭黑、石蜡油等；二段混炼工艺在开炼机上进行，将一段母胶包辊后，加入硫磺和促进剂，打三角包，薄通6次，将混炼胶下片停放16 h后进行硫化，硫化胶停放16 h后进行物理机械性能测试。

1.4 性能测试

门尼黏度按照GB/T 1232.1—2000进行测定；门尼焦烧按照GB/T 1233—2008进行测定；拉伸强度、拉断伸长率、拉断永久变形、定伸应力按照GB/T 528—2009进行测定；硬度按照GB/T 531.1—2008进行测定；撕裂强度按照GB/T 529—2008进行测定；回弹性按照GB/T 1681—2009进行测定；压缩生热按照GB/T1687—1993进行测定；硫化胶热氧老化性能按照GB/T 3512—2001进行测定；硫化胶耐臭氧老化性能按照GB/T 7762—2003进行测定；硫化橡胶透气性按照GB/T 7755—2003进行测定；硫化胶低温脆性按照GB/T15252—2014进行测定；硫化胶压缩永久变形按照GB/T 7759—1996进行测定；硫化特性按照GB/T 16584—1996进行测定。

2 结果与讨论

2.1 配方研究

乙丙橡胶和IIR均属于低极性橡胶，具有极好的相容性，选取J-2070、三井2060M与IIR268并用，选择全钢载重子午线轮胎内胎胶配方作为实验配方，对两者的共硫化性进行研究，表1、表2分别为J-2070、2060M与IIR268并用的混炼胶实验配方，表3为门尼黏度与门尼松弛的实验数据对比。

表1 EPDM J-2070混炼胶实验配方

表2 EPDM 2060M混炼胶配方

门尼黏度以及门尼松弛主要反映橡胶加工性能的优劣。门尼黏度高的胶料不易混炼均匀及挤出加工，影响胶料的加工性能。门尼黏度低的胶料易粘辊，同样影响胶料的加工性能，并且门尼黏度过低则硫化后制品抗拉强度低。门尼松弛对应数据中的对数线性回归直线的截距k、斜率α和面积A均可以反映胶料加工性能的好坏，而应力松弛面积A能综合反映胶料的加工性能，A越大表明胶料的弹性越大，加工性能越差，反之则越好。混炼胶的门尼黏度和门尼松弛的实验数据如表3所示。

表3 混炼胶门尼黏度和门尼松弛

表3数据表明，在全钢载重子午线轮胎内胎中，J-2070混炼胶与日本2060M混炼胶相比，混炼胶门尼黏度和门尼松弛面积无显著差异，说明其加工性能相当。

2.2 混炼胶硫化特性

采用橡胶加工分析仪进行了对比实验，表4为混炼胶门尼焦烧数据对比，图1为硫化曲线对比。

表4和图1表明，J-2070混炼胶与2060M混炼胶相比，两者均具有足够的门尼焦烧时间，可以满足胶料的加工安全性要求;J-2070混炼胶的ML和MH高于对比配方，硫化速度略快些，但总体硫化特性相差不大。

表4 混炼胶门尼焦烧和硫化特性1)

1)t5为门尼黏度从最低值上升5个门尼黏度值所对应的时间；t35为门尼黏度值从最低上升35个门尼黏度值所对应的时间；t30为硫化指数；ML为最小转矩；MH为最大转矩；t90为硫化时间。

t/min图1 混炼胶硫化曲线

2.3 硫化胶物理性能

硫化胶的物理性能主要包括硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度及回弹性等，硫化胶物理性能测试结果如表5所示。

表5 硫化胶物理性能

表5数据表明，并用J-2070的内胎硫化胶与并用2060M内胎硫化胶相比，硫化胶主要物理性能无显著差异，具有较好的耐低温性能和气密性能。

2.4 硫化胶耐压缩疲劳性能

硫化橡胶在周期性应力的作用下，其结构和性能产生的变化称之为疲劳现象。硫化胶的疲劳性能实验结果如表6所示。

表6 硫化胶耐压缩疲劳性能

表6数据表明，并用J-2070的内胎硫化胶与并用2060M内胎硫化胶相比，硫化胶终动压缩变形率、压缩疲劳温升及压缩永久变形相当。

2.5 硫化胶耐老化性能

硫化胶的热氧老化和臭氧老化性能实验数据如表7所示。

表7 硫化胶耐老化性能1)

1) 热氧老化条件为：100 ℃×24 h；臭氧老化条件为：w(臭氧)=5.0×10-8，时间为168 h，温度为40 ℃，静态拉伸变形为30%。

由表7可以看出，经过热氧老化后，并用J-2070的内胎硫化胶与并用2060M内胎硫化胶相比，拉断伸长率变化率、300%定伸应力、硬度、拉伸强度变化率、硫化胶老化系数、压缩永久变形相当，表明并用J-2070的内胎硫化胶老化性能与2060M的性能相当；在臭氧质量分数为5.0×10-7、时间为168 h、温度为40 ℃、拉伸变形为30%条件下老化后，并用J-2070的内胎硫化胶无裂口，表现出优异的耐臭氧老化性能。