橡膠增強劑Create-E在全鋼載重子午線輪胎氣密層膠中的應用

劉志芳，蒙毅釗，巫 超，陳 延

（中國化工橡膠桂林有限公司，廣西 桂林 541805）

近年來，許多輪胎企業在子午線輪胎氣密層膠中添加層狀硅酸鹽粘土作為填料，該粘土為平行或重合分布的納米磷片狀晶體，可以增加氣體的擴散路徑，使橡膠的氣密性提高[1]。

橡膠增強劑Create-E是一種層狀硅酸鹽粘土，其以富硅礦石為原料，通過超細研磨和化學改性制成，粒徑約為10 μm，二氧化硅質量分數約為0.8。橡膠增強劑Create-E在膠料中具有優異的分散性能和良好的補強性能，已在摩托車輪胎和自行車輪胎膠料中廣泛應用，但在汽車輪胎中的應用還有待考察。

本工作進行橡膠增強劑Create-E在全鋼載重子午線輪胎溴化丁基橡膠（BIIR）/天然橡膠（NR）氣密層膠中的應用試驗，為其在汽車輪胎中的應用提供參考。

1 實驗

1.1 主要原材料

BIIR，牌號2030，德國朗盛化學公司產品；NR，牌號STR20，泰國產品；丁基橡膠（IIR）再生膠，南通回力橡膠有限公司產品；炭黑N660，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；橡膠增強劑Create-E，寧波卡利特新材料有限公司產品。

1.2 主要設備與儀器

BB-2型密煉機，日本神戶制鋼所產品；Φ160 mm×320 mm開煉機，湛江橡膠機械廠產品；45 t平板硫化機，上海虹口機器廠產品；MD-3000A無轉子硫化儀，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產品；T-10型橡膠電子拉力試驗機，美國孟山都公司產品。

1.3 配方

采用的全鋼載重子午線輪胎BIIR/NR氣密層膠配方見表1。

表1 配方 份

1.4 試樣制備

小配合試驗膠料分兩段混煉，一段混煉在密煉機中進行，密煉室初始溫度為60 ℃，轉子轉速為60 r·min-1，混煉工藝為：生膠小料炭黑、橡膠增強劑Create-E和軟化劑排膠。二段混煉在開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→促進劑和硫化劑→薄通4次→下片。

1.5 性能測試

（1）氣密性。根據ISO 2782-1—2012《硫化橡膠或熱塑性橡膠 透氣性的測定 第1部分：差壓法》自制自動化氣密性測試儀。測試氣體為氮氣，壓力為0.4 MPa，溫度為40 ℃，試樣為厚度（2.5±0.5）mm、直徑8 cm的圓形薄片。測試前用乙醇清洗試樣表面，然后試樣在干燥器中干燥24 h。氣體分析裝置為氣相色譜分析儀，保持試樣兩側壓差恒定，檢測單位時間透過的氣體體積，用Visual Basic程序處理測試數據，計算得出透氣率（P）。計算公式如下。

式中，V為透過氣體體積，m3；d為試樣厚度，m；s為試樣透氣面積，m2；t為氣體透過時間，s；p為試樣兩側壓差，Pa。

（2）膠料其余性能按照相應國家標準測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

橡膠增強劑Create-E的理化性能見表2。從表2可以看出，橡膠增強劑Create-E的主要成分為二氧化硅，還含有少量三氧化二鋁。

表2 橡膠增強劑Create-E的理化性能

2.2 氣密層膠性能

氣密層膠性能見表3。從表3可以看出：與C0配方膠料相比，采用17份和22份橡膠增強劑Create-E分別等量部分替代炭黑的C1配方和C2配方膠料門尼粘度較低，門尼焦燒時間較長；FL和Fmax略低，硫化速度略快；硬度、300%定伸應力和撕裂強度較低，拉斷伸長率和正硫化時間（30 min）的拉伸強度較高，耐熱老化性能相當；氣密性差別不大，C2配方膠料氣密性略有提高。

表3 氣密層膠性能

從表3還可以看出：與C0配方膠料相比，炭黑用量不變，分別添加17份和22份橡膠增強劑Create-E，同時減小BIIR用量的C3和C4配方膠料的硬度和300%定伸應力略大，拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度降低，氣密性略有降低，這是BIIR含量降低所致；C3配方膠料氣密性優于C4配方膠料，與C0配方膠料差別較小。綜合來看，C3配方膠料綜合性能較好。

2.3 成本分析

由于橡膠增強劑Create-E成本低于炭黑N660，NR價格低于BIIR，因此C1～C4配方膠料成本低于C0配方膠料。按2015年1月原材料市場價格計算，膠料成本見表4。從表4可以看出，與C0配方膠料相比，C3配方和C4配方膠料成本明顯降低。以年產120萬條全鋼載重子午線輪胎計算，如果用性價比較高的C3配方膠料替代C0配方膠料，每年可節約成本300多萬元，具有顯著的經濟效益。

表4 膠料成本

3 結論

（1）橡膠增強劑Create-E等量部分替代炭黑N660，氣密層膠的門尼粘度降低，門尼焦燒時間延長，物理性能略低，氣密性較好。

（2）炭黑N660用量不變，增添橡膠增強劑Create-E，同時BIIR用量減小，氣密層膠的氣密性均略有降低。其中，BIIR/NR/橡膠增強劑Create-E用量比為83/17/17的膠料綜合性能較好，性價比較高。

（3）橡膠增強劑Create-E原材料來源廣泛，成本較低，能大大降低氣密層膠生產成本，具有明顯經濟效益。