環保空氣阻止劑NM360的特性及其在子午線輪胎氣密層膠中的應用

楊樹田

（鄭州金山化工有限公司，河南 鄭州 452385）

子午線輪胎氣密層的主要作用是提高輪胎氣密性，延長輪胎使用壽命，是輪胎中成本較高的部件。目前，大多數輪胎企業采用溴化丁基橡膠（BIIR）或氯化丁基橡膠（CIIR）/天然橡膠（NR）（并用比80/20）并用膠生產氣密層。為了降低成本，可以采取增大NR用量，減小CIIR或BIIR用量，或添加丁基再生橡膠和碳酸鈣以降低含膠率等方法，但膠料的氣密性不理想，且體積成本增大[1]。為解決這一問題，必須研究開發專用橡膠助劑。環保型空氣阻止劑NM360（下文簡稱NM360）是從高質量、低揮發瀝青精煤中提煉，經過多層次深加工制成的新型材料。NM360具有平板結構，是一種高品質的極細層片狀結構顆粒物，氣密性良好，密度為1.19 Mg·m-3（炭黑密度約為1.8 Mg·m-3），能明顯降低混煉膠體積成本[2]。本工作研究NM360的特性及其在半鋼子午線輪胎和全鋼載重子午線輪胎氣密層膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，牌號SMR10，馬來西亞產品；BIIR，牌號2222，美國埃克森美孚化工公司產品；CIIR，牌號1066，德國朗盛公司產品；炭黑N660，上海卡博特化工有限公司產品；NM360，黑色顆粒，無毒，pH值為8.2，加熱減量（125 ℃×1 h）為1.1%，鄭州金山化工有限公司產品。

1.2 配方

1.2.1 半鋼子午線輪胎氣密層膠配方

生產配方：NR，20；CIIR，80；炭黑N660，60；氧化鋅，3；硬脂酸，1；石蠟油，4；辛基酚醛增粘樹脂，3；均勻劑40MSF，9；碳酸鈣，40；促進劑DM，0.3；不溶性硫黃（IS7020），0.72；硫黃，0.64，合計，221.66。

試驗配方：NM360，10；炭黑N660，50；其它組分與生產配方相同。

1.2.2 全鋼載重子午線輪胎氣密層膠配方

生產配方：BIIR，100；炭黑N660，60；氧化鋅，3；氧化鎂，1；硬脂酸，2；芳烴油，10；增粘樹脂1102，4；均勻劑40MSF，6；促進劑DM，1.5；硫黃，0.5；合計，188。

試驗配方：NM360，10；炭黑N660，50；其它組分與生產配方相同。

1.3 性能測試

硫化膠氣密性采用氣密性測試儀（自制）進行測定，測試氣體為氮氣，壓力0.57 MPa，溫度40℃，試樣為厚度8 mm的圓形薄片。試驗前用乙醇對試樣表面進行清洗，然后放入干燥器中干燥24 h[1]。膠料物理性能按照相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 NM360的特性

2.1.1 結構表征

NM360的透射電鏡照片見圖1。從圖1可以看出：NM360顆粒包括小顆粒和大顆粒，小顆粒附著在大顆粒上；大顆粒尺寸為4～10 μm；小顆粒呈片層狀，而且片層結構中夾雜細小的薄片層；小顆粒尺寸為0.5～1 μm，特別是厚度為0.2 μm的片層和可能在混煉過程中剝落的細小片層對氣密性和補強性能做出貢獻。

圖1 NM360的透射電鏡照片

2.1.2 分散性

將NM360置于水中超聲分散，取分散液，滴膜用高分辨透射電鏡進行觀察，透射電鏡照片如圖2所示。從圖2可以看出：NM360在水中分散成厚度很小的薄片層；分開后聚集體尺寸在1 μm左右，小顆粒較少；聚集體是由很多片層迭加而成的，上面還有一些十分細小的納米顆粒。

圖2 NM360分散液的透射電鏡照片

2.2 NM360對氣密層膠性能的影響

2.2.1 硫化特性

NM360對半鋼子午線輪胎氣密層膠和全鋼載重子午線輪胎氣密層膠硫化特性的影響如表1所示。從表1可以看出，無論是半鋼子午線輪胎氣密層膠還是全鋼載重子午線輪胎氣密層膠，試驗配方膠料和生產配方膠料的流動性和交聯程度差別不大，加工安全性相近，硫化速度基本相同。

表1 氣密層膠的硫化特性

2.2.2 物理性能

NM360對半鋼子午線輪胎氣密層膠和全鋼載重子午線輪胎氣密層膠物理性能的影響如表2所示。從表2可以看出，與生產配方膠料相比，試驗配方膠料的氣密性提高。

表2 氣密層膠的物理性能

2.2.3 工藝性能

添加NM360的氣密層試驗配方膠料混煉時包輥性能好，不粘輥，這與NM360含有軟化劑、烴類樹脂混合物及炭素體等有助于配合劑分散的組分有關；氣密層試驗配方膠料的收縮率與過渡層膠一致，工藝增粘性好，氣密層膠與過渡層膠的粘合強度高，粘合層間無氣泡。試驗配方膠料的工藝性能優于生產配方膠料。

2.2.4 成品性能

2.2.4.1 高速性能和耐久性能

采用試驗配方膠料試制185/65R14 86H半鋼轎車子午線輪胎，并對成品輪胎的耐久性能和高速性能進行測試，結果如表3所示。從表3可以看出，與生產輪胎相比，試驗輪胎的耐久性能和高速性能提高。

表3 185/65R14 86H半鋼轎車子午線輪胎的耐久性能和高速性能

采用試驗配方膠料試制11.00R20 18PR全鋼載重子午線輪胎，并對成品輪胎耐久性能和高速性能進行測試，結果如表4所示。從表4可以看出，與生產輪胎相比，試驗輪胎的高速性能提高，耐久性能相同。

表4 11.00R20 18PR全鋼載重子午線輪胎的耐久性能和高速性能

2.2.4.2 氣密性

成品輪胎的氣密性試驗按照企業標準BZ-32-004《子午線輪胎氣密性試驗辦法》進行測試。試驗溫度為18～36 ℃，輪胎氣壓表分度不大于10 kPa。測試方法：輪胎充入規定氣壓后放置一定時間，測量輪胎氣壓，即測試前輪胎在18～36 ℃下停放3 h以上，將輪胎安裝在輪輞上，輪胎充氣至額定氣壓并檢查氣門芯是否漏氣，用氣壓表測量壓力并記錄。充氣后輪胎在室溫下停放24 h以上，使胎體充分膨脹，如氣壓下降則補充至額定氣壓，然后在18～36 ℃下放置27 h，測量壓力并記錄，檢查輪胎是否出現鼓包、脫層等缺陷。

輪胎氣壓下降率K按下式進行計算：

式中，P1為輪胎額定氣壓，kPa；P2為第2次放置后實測的輪胎氣壓，kPa。K≤4%，輪胎的氣密性合格；K＞4%，輪胎的氣密性不合格。

對采用試驗配方膠料試制的185/65R14 86H半鋼轎車子午線輪胎和11.00R20 18PR全鋼載重子午線輪胎進行氣密性測試，結果如表5所示。從表5可以看出，試驗輪胎的氣密性優于生產輪胎。

表5 子午線輪胎的氣密性測試結果

2.3 經濟效益分析

NM360不僅能提高膠料氣密性，而且有助于降低成本。在185/65R14 86H半鋼轎車子午線輪胎和11.00R20 18PR全鋼載重子午線輪胎氣密層膠中加入10份NM360，同時炭黑N660用量減小10份，按NM360市場價格每噸3500元計算，混煉膠成本降低4%。

3 結論

NM360是輪胎專用空氣阻止劑，在子午線輪胎氣密層配方中加入10份NM360，同時炭黑N660用量減小10份，膠料的加工工藝性能和成品輪胎氣密性明顯改善，同時膠料的生產成本降低。