氯化丁基橡胶在水胎中的应用研究.docx

氯化丁基橡胶在水胎中的应用研究

　　论文关键词：CIIR NR 水胎 老化龟裂 放射状裂纹 表层 过渡层
　　论文摘要：研究了NR、CIIR对水胎使用寿命及热老化性能的影响。结果表明，选择水胎表层、嘴子使用CIIR，嘴子过渡层采用CIIR/NR并用胶，能达到最低的制作成本和最佳的使用性能。
　　由于历史原因，国内极大部分轮胎生产厂家至今还保留着罐式硫化设备，特别是近年来随着罐式硫化自动控制系统的改进，在能耗、人力、品质等方面，罐式硫化与双模硫化的差异日益缩小，加上罐式硫化产量大，固定资产投入少等优点，不少轮胎生产企业甚至还投入人力物力，扩大罐式硫化的产量，以期产生规模效益。正因为罐式硫化的产量不降反升，在尼龙斜交胎的产量中占有比较大的份量，因此，各轮胎企业的配方与结构设计人员也始终在探索能提高罐式硫化必需的水胎的外观质量与内在质量，以期在提高水胎使用寿命降低轮胎硫化生产成本的同时，能进一步提高尼龙斜交胎的外观质量与内在质量。
　　本文从配方设计与制造工艺两个方面，探索生胶选用、水胎成型方法对水胎使用寿命的影响，期望能在性能和成本间能找到一个平衡点。
　　1．试验
　　1．1 原材料
NR，印度尼西亚产；CIIR，牌号1068，美国Exxon Chemical Company产品；炭黑、促进剂、防老剂等其它原材料均为市售工业级原料。
　　1．2 测试仪器与测试标准
　　XK—160型开炼机，大连橡胶机械厂产品；F270密炼机，大连橡胶机械厂产品；三辊压延机，型号XY—3Γ1300，上海橡胶机械厂产品，WGJ—2500B—Ⅱ型微机控制光跟踪拉力机,昆明师范大学生产；50吨、100吨平板硫化机，浙江省湖州橡胶机械厂产品。
　　测试标准均按国标执行。
　　1．3 配方
　　1．3．1 天然胶水胎胎身与天然胶水胎嘴子配方
　　天然橡胶因其优良的加工工艺性能与物理机械性能，被广泛应用于水胎胎身胶配方与水胎嘴子配方中。表一是常规天然胶水胎胎身胶配方与水胎嘴子胶配方及相应的物理机械性能
　　表一：天然胶水胎胎身胶配方与水胎嘴子胶配方及相应的物理机械性能
配方名称
名称及性能水 胎 胎 身水 胎 嘴 子
NR100100
促进剂及硫磺3．41．8
氧化锌525
硬脂酸22
防老剂3．53
炭黑与填料9550
软化剂84
物性：
硬度6060
300%定伸应力Mpa8．09
拉伸强度Mpa16．322
扯断伸长率%515510
扯断永久变形%3015
撕裂强度KN/m2770
连续使用60次后的外观质量
表面出现深度达1mm的龟裂纹
与接气杆配合的内表面出现放射状裂纹
　　1．3．2 氯化丁基胶水胎
　　CIIR因其具有一定的自粘性与互粘性，优异的耐热老化性能，且硫化胶结构紧密，是水胎理想用胶。表二是常用CIIR水胎配方及相应的物理机械性能。
　　表二：CIIR水胎配方及物理机械性能
配方名称
名称及性能CIIR水 胎 胎 身
CIIR100
促进剂及硫磺
氧化锌5
硬脂酸2
防老剂3
炭黑与填料50
软化剂20
物性：
硬度60
300%定伸应力Mpa
拉伸强度Mpa
扯断伸长率%660
扯断永久变形%27
撕裂强度KN/m33
工艺加工性能
因胶料自粘性差易脱层，水胎合格率低。
水胎一次使用寿命
大于150次
　　1．3．3 水胎中部分采用CIIR
　　1） 水胎表层采用CIIR
　　天然胶水胎突出问题之一是水胎外表面易老化龟裂，使硫化后的外胎胎里表面凹凸不平，影响外胎的外观质量。水胎表层采用CIIR后，能有效地解决水胎表面的老化龟裂问题。表三是作者优选后的水胎CIIR表层配方。
　　2） 水胎嘴子采用CIIR
　　由于水胎嘴子接触的介质温度高，并在高温下处于拉伸状态，因此水胎嘴子的内表面极易产生放射状裂纹，为解决这一问题，本文研究中采用了CIIR水胎嘴子，见表三
　　表三：CIIR水胎表层与水胎嘴子配方及物理机械性能
配方名称
名称及性能CIIR水 胎 表 层 胶CIIR水 胎 嘴 子 胶
NR100100
促进剂及硫磺2
氧化锌55
硬脂酸22
防老剂33
炭黑与填料5050
软化剂2018
物性：
硬度6162
300%定伸应力Mpa6．0
拉伸强度Mpa13
扯断伸长率%660570
扯断永久变形%2725
撕裂强度KN/m3337
加工工艺性能
良好
加工性能良好，但上嘴子时汽油未干或涂涮不匀，嘴子与胎体间易脱层。
使用120次后的外观
表面未见龟裂纹
嘴子内表面未见放射状龟裂纹。

　　3） 在CIIR嘴子胶与天然胶胎身之间增用过渡层胶料
　　在CIIR嘴子胶与NR胎身之间增用过渡层胶料的目的是最大限度地减少CIIR嘴子与水胎胎体间的脱层。表四是作者优选的过渡层胶料配方
　　表四：过渡层胶料配方及物理机械性能
配方名称
名称及性能水胎嘴子过渡层胶
CIIR60
NR40
促进剂及硫磺2
氧化锌5
硬脂酸2
防老剂2
炭黑与填料70
软化剂17
物性：
硬度64
300%定伸应力Mpa6．1
拉伸强度Mpa9．9
扯断伸长率%500
扯断永久变形%26
撕裂强度KN/m29．8
加工工艺性能
加工性能良好，基本上解决了嘴子与胎体间的脱层问题。
一次使用120次后的外观质量
未见外观质量问题。
　　2． 结果与讨论
　　2．1 天然胶水胎
　　因天然胶的炭黑混炼胶的自粘性与互粘性是所有橡胶中最好的，因此，用天然胶制作的水胎成型简单、方便，外观质量也比较理想，但天然橡胶制作的水胎有个先天不足缺点，也就是耐老化性能差，不耐用，从表一可以看出，在过热水温度为170±5℃，内压水压力的条件下，全天然胶水胎连续使用60次以后，水胎表面会出现龟裂纹，影响外胎的胎里质量，水胎嘴子口会出现放射状的裂纹，导致水胎充压后漏水，造成外胎圆子口、帘布稀开、花纹圆角、气泡及缺胶等病疵，见表一。因此，全天然胶水胎目前已被大部分轮胎生产厂家淘汰。
　　2．2 CIIR水胎
　　CIIR因其具有优异的耐热老化性能，与NR的相溶性良好，正越来越受业内人士的关注，用CIIR制作的水胎，使用150次后，水胎的内外表面尚未出现龟裂纹，但CIIR有以下缺点
　　1） CIIR的价格高，从而使水胎的原材料成本大大提高；
　　2）CIIR的自粘性不够理想，用国内目前的层贴法制作水胎，稍有不慎，易造成水胎脱层，使水胎报废，无意中提高了水胎的制作成本，因此，CIIR的高价格与低自粘性，限制了CIIR在水胎中的广泛应用，见表二。
　　2．3 水胎中部分采用CIIR
　　天然胶水胎早期损坏的部位是水胎外表面与嘴子。由于水胎在损坏的同时，外胎品质也受影响，亦使罐式硫化的生产成本增大，因此，目前为止，全天然胶水胎已被极大部分轮胎生产厂家淘汰。那么，能不能利用CIIR优异的耐热老化性能来弥补全天然胶水胎的性能不足呢？也就是说，能否利用天然胶优良的自粘性、互粘性及工艺性能，CIIR优异的耐热老化性能，来生产使用寿命长、生产成本低、工艺制作简便的水胎呢？本文要探讨的就是这个问题。
　　1） 水胎表面采用CIIR
　　NR水胎表面产生龟裂纹的原因是水胎表面的橡胶分子的热氧反应，而CIIR具有优异的耐热老化性能，因此，在水胎表面外覆CIIR，可以克服胎身NR耐热老化性能差易老化龟裂的缺点，从而改善水胎的表面性能，提高外胎的外观质量。如表三所示，水胎表面采用CIIR后，水胎连续使用120次后，水胎表面未见有老化龟裂纹。
　　2） 水胎嘴子采用CIIR
　　由于水胎嘴子的使用温度相当高，一般都大于165℃，因此，NR嘴子极易在嘴子内表面出现放射状的裂纹，而这些放射状裂纹的危害是多方面的，首先是硫化过程中，内压水渗漏，少量水珠在高压下通过轮胎内表面被挤入胎体中，存于外胎胎面与胎体之间或胎体帘布层之间，使轮胎在使用过程中出现早期肩空或脱层，间接导致轮胎退赔率上升；其次是内压水渗漏后，水珠存于外胎的子口处及胎里，或通过模具的排气孔进入到轮胎的表面，造成轮胎圆子口、胎里帘线稀开、表面缺胶等外观质量病疵；再次是嘴子口出现裂纹后，内压泄漏，硫化内压得不到保证，使轮胎易出现圆角等外观质量病疵。
　　解决NR嘴子内表面出现放射状裂纹的方法是嘴子采用CIIR，从表三可以看出，嘴子采用CIIR后，水胎连续使用120次后，嘴子内表面未出现龟裂纹。实验表明，水胎嘴子采用了CIIR后，水胎连续使用480小时后，嘴子口尚未见放射状裂纹。
　　3） 水胎嘴子与水胎胎体界面层采用过渡性的CIIR/NR并用胶
　　天然胶水胎嘴子在使用过程中嘴子内表面易出现放射状裂纹。解决水胎嘴子口放射状裂纹的有效方法是水胎嘴子胶采用CIIR。如表三所示，尽管水胎嘴子采用CIIR具有无与伦比的优越性，但水胎嘴子采用CIIR需要确确实实考虑的问题是CIIR嘴子与NR胎体的粘合性能。如果这个问题不解决，水胎在使用过程中，嘴子易与胎体在界面处分层，导致内压泄漏，与其这样，还不如直接使用NR嘴子。正因为CIIR嘴子与NR胎体在界面处易分层，CIIR嘴子应用于水胎必须通过配方调整并结合制作工艺改进方能实现。从表四可以看出，嘴子与胎体间采用过渡层后，基本上解决了嘴子与胎体间的脱层问题，试验水胎连续使用120次后，未见外观质量问题。可见，嘴子与胎体界面采用过渡层的方法是可行的。
　　2． 4生产中试
　　根据1 . 3 . 3 的试验结果，我们制作了50余条水胎投入生产中试，并在一次性使用了120次后取一条进行解剖，解剖结果表明，水胎表层、水胎嘴子使用CIIR、水胎嘴子与水胎胎体的过渡层采用CIIR/NR并用胶后，水胎外观质量与使用寿命明显改善，也即使用120次后，水胎外表面尚未出现老化龟裂纹，水胎嘴子内表面尚未出现放射状裂纹，水胎嘴子与水胎胎体界面间未出现分层，水胎还可以继续使用，见表三、表四。可见，水胎中部分使用CIIR的方法是可行的，能产生一定的经济效益。
　　3．结论
　　CIIR是目前较为理想的水胎用胶，可以应用于罐式硫化的水胎中，但目前的水胎制作方法与CIIR的价格，影响了全CIIR水胎的应用；
　　在天然胶水胎的表层、嘴子中使用CIIR，可大大提高水胎的使用寿命，同条件对比，寿命可延长一倍以上；
　　在CIIR嘴子与NR水胎胎体的界面采用CIIR/NR并用胶的过渡层，可以解决CIIR嘴子与胎体间的脱层问题。