汽車輪胎氣密層中溴化丁基橡膠的加工配方研究

王春磊，王 瑜，焦宏宇*，劉秀蘭，徐海燕，潘廣勤

（1.中國石油蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州 730060；2.青島科技大學環(huán)境與安全工程學院，山東青島 266042）

汽車輪胎氣密層中溴化丁基橡膠的加工配方研究

王春磊1，王 瑜1，焦宏宇1*，劉秀蘭1，徐海燕1，潘廣勤2

（1.中國石油蘭州石化公司研究院，甘肅蘭州 730060；2.青島科技大學環(huán)境與安全工程學院，山東青島 266042）

采用合理設計配方中的硫化體系、補強體系、增塑體系和防老體系等，對進口溴化丁基橡膠的硫化加工配方開展優(yōu)化研究，測試優(yōu)化硫化加工配方條件下的力學性能，得到較好的溴化丁基橡膠硫化加工配方，并將優(yōu)化后的配方用于自制溶液法溴化丁基橡膠，得到硫化膠的力學性能達到輪胎氣密層的使用要求。

溴化丁基橡膠；溶液法溴化丁基橡膠；輪胎氣密層；加工配方優(yōu)化

目前，丁基橡膠的生產(chǎn)方法主要有淤漿法和溶液法兩種。淤漿法技術成熟，大部分公司在使用淤漿法生產(chǎn)丁基橡膠，主要的生產(chǎn)商有美國Exxon公司、德國Lanxess公司、俄羅斯的Nizhnekamskneftekhim公司、中國的燕山石化等；而溶液法由俄羅斯的陶里亞蒂合成橡膠公司與意大利Pressindustra公司合作開發(fā)生產(chǎn)。

丁基橡膠應用十分廣泛，主要用于內(nèi)胎、水胎、硫化膠囊、藥用瓶塞、涂覆、電線電纜等方面。在輪胎工業(yè)是不可缺少的橡膠原料，是制造輪胎內(nèi)胎的最好膠種，也是優(yōu)質(zhì)子午胎的必須原料，這是因為丁基橡膠的氣密性非常好，約是天然橡膠的10倍左右，而且丁基橡膠內(nèi)胎生產(chǎn)成本也低于天然膠內(nèi)胎，在美國、日本內(nèi)胎已經(jīng)實現(xiàn)了100％的丁基化，在南朝鮮、臺灣、歐洲也均實現(xiàn)了90％以上的丁基化；在中國內(nèi)胎丁基化僅占30％，作為一個發(fā)展中國家，各個行業(yè)都在迅速發(fā)展，汽車行業(yè)也一樣，現(xiàn)在顧客對內(nèi)胎丁基化的要求越來越強烈，所以在中國內(nèi)胎丁基化已成必然發(fā)展趨勢。

雖然近年我國IIR市場價格有所下滑，但與其他橡膠品種相比，IIR仍然具有很大的投資前景，特別是HIIR的國產(chǎn)化對我國IIR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展十分重要。隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，高速公路的不斷延伸，輪胎特別是載重型輪胎的發(fā)展已經(jīng)歷了由高生熱的低速斜交輪胎到低生熱高速全鋼子午線輪胎的成功過渡，目前正在朝著無內(nèi)胎化發(fā)展[1]。而氣密性好且與其他橡膠粘合性好的HIIR已成為氣密層主體材料的最佳選擇。

我國溴化丁基橡膠技術研究起步較晚，中石化燕山石化于2010年10月建成3萬t/a BIIR裝置，開車后對汽提、中和系統(tǒng)、溶膠區(qū)等進行了改造，產(chǎn)品逐漸得到部分下游輪胎企業(yè)的認可，但產(chǎn)品外觀及穩(wěn)定性等較埃克森、朗盛等產(chǎn)品仍有很大差距。2012年10月，浙江信匯合成材料有限公司也進行溴化丁基橡膠的試生產(chǎn)，產(chǎn)品穩(wěn)定性較燕山石化有一定優(yōu)勢，得到了部分中低端輪胎企業(yè)及醫(yī)藥瓶塞企業(yè)的認可。2013年8月，盤錦和運實業(yè)集團引進俄羅斯技術建成3萬t/a BIIR裝置并進行試車，由于溴利用率低、凝聚等問題，仍處于不間斷試產(chǎn)階段。2014年，我國鹵化丁基橡膠表觀消耗量22.8萬t/a，進口溴化丁基20.4t，產(chǎn)業(yè)化的裝置有三套，產(chǎn)能近11萬t/a，實際產(chǎn)量2.4萬t，目前國內(nèi)溴化丁基橡膠還是基本依賴進口。

隨著輪胎無內(nèi)胎化迅速普及、丁基橡膠塞迅速推廣應用以及HIIR應用領域的迅速擴展，我國市場對于HIIR的需求將不斷增加，而對中低端普通IIR的需求會繼續(xù)有所減小，但今后相當長一段時期內(nèi)我國仍需大量進口高品質(zhì)的普通IIR及HIIR。同時我國IIR產(chǎn)能的迅速擴張和品質(zhì)不斷提高給進口產(chǎn)品造成前所未有的壓力，近2年不斷大幅走低的進口IIR市場價格充分證實了這一點。今后，我國還應在高品質(zhì)的普通IIR以及HIIR的研究、生產(chǎn)和應用方面繼續(xù)努力。

由于溴化丁基橡膠配方存在定伸應力和硬度偏高以及硫化時間較長的問題，本文旨在對鹵化丁基橡膠的加工配方進行優(yōu)化研究，并將其應用于自制的溶液法溴化丁基橡膠。

1 實驗部分

1.1 原材料

進口溴化丁基橡膠，BIIR-2030；自制溶液法溴化丁基橡膠BIIR-LH；N220，美國卡博特公司；S，青島城陽雙埠硫磺加工廠；石油樹脂100，蘭州石化公司；SA、ZnO、DM、ZDA、SP1068均為市售工業(yè)級產(chǎn)品。

1.2 分析與測試

（1）混煉得到的混煉膠室溫停放一定時間后進行硫化特性的測試：參照GB/T 16584—1996測試硫化特性。

（2）混煉得到的混煉膠室溫停放一定時間后16～24h后，做平板硫化實驗，根據(jù)實驗需要硫化一定數(shù)量的試片，進行停放。

（3）裁片：根據(jù)國標的試樣要求，分別采取拉伸試樣，測量厚度，拉伸性能按GB/T528—1998。

（4）力學性能：拉伸性能按GB/T528—1998，采用優(yōu)肯公司的UT-2060型強力拉伸機測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 溴化丁基橡膠內(nèi)胎的配方優(yōu)化設計

根據(jù)溴化丁基橡膠的結(jié)構(gòu)、混煉工藝及基本性能的差別，合理選擇加工助劑，進行配方優(yōu)化設計，使其達到內(nèi)胎的工藝和性能指標。

針對溴化丁基橡膠配方存在定伸應力和硬度偏高以及硫化時間較長的問題，進行了如下的配方優(yōu)化設計；見表1、2。

以150g生膠計量，加入順序：溴化丁基膠→硬脂酸、氧化鎂→炭黑→石油樹脂、炭黑→環(huán)烷油→SP1068-DM →硫磺；薄通6次。

表1 正交實驗個因素水平表

表2 試驗配方

2.2 硫化特性

從表3可以看出，配方1-3的正硫化時間最短。

表3 硫化特性

2.3 優(yōu)化配方條件下硫化膠的物理機械性能

表4 優(yōu)化配方條件下硫化膠的物理性能（160×tc90）

由表4、表5數(shù)據(jù)可以看出，拉伸強度比較好的水平為，A2，B2和C1。即優(yōu)選配方為DM 1.5，MgO 0.20，N220 60，S 0.5，ZnO 1.5，SP1068 3。由表6方差分析數(shù)據(jù)可知，三種因素影響拉伸強度的順序為：因素A＞因素C ＞因素B。內(nèi)胎要求扯斷伸長率高、定伸低、拉伸強度高等。綜合考慮，可以選出優(yōu)選配方為1-6，DM 2，MgO 0.15，N220 60，S 0.5，ZnO 1.5，SP1068 3（即A3B2C1）。

表5 實驗數(shù)據(jù)分析

表6 方差分析

2.4 優(yōu)選配方條件下兩種溴化丁基橡膠硫化膠的物理機械性能

采用優(yōu)化得到的優(yōu)選配方1-6作為橡膠加工配方，對進口溴化丁基橡膠和自制溶液法溴化丁基橡膠進行加工后測試力學性能，結(jié)果見表7。

表7 優(yōu)選配方條件下兩種溴化丁基硫化膠的常規(guī)力學性能（160℃×TC90+2min）

由表7數(shù)據(jù)可以看出，該優(yōu)選配方亦適用于自制的溶液法溴化丁基橡膠。通過表7可以看出，自制溶液法溴化丁基橡膠BIIR-LH的拉伸強度和扯斷伸長率等力學性能與進口溴化丁基橡膠BIIR2030接近，均符合要求。

3 結(jié)論

1）在溴化丁基橡膠內(nèi)胎的應用方面，通過配方優(yōu)化設計發(fā)現(xiàn)，綜合性能較好的配方為：BIIR 100，SA 1，DM 2，環(huán)烷油，7.0 MgO 0.15，石油樹脂7.0，N220 60，S 0.5，ZnO 1.5 和SP1068 3。

2）采用優(yōu)化得到的優(yōu)選配方1-6作為橡膠加工配方，對進口溴化丁基橡膠和自制溶液法溴化丁基橡膠進行加工后測試力學性能，結(jié)果表明該優(yōu)選配方亦適用于自制的溶液法溴化丁基橡膠。

[1]劉曉慶，曾清，董繼學，等.轎車子午線輪胎氣密層膠配方改進[J].輪胎工業(yè)，2012，（32）：84-88.

[2]于清溪.輪胎工業(yè)用橡膠材料現(xiàn)狀與發(fā)展（一）[J].橡膠科技市場2008，（9）：1-4.

[3]王進文，劉霞.鹵化丁基橡膠氣密層對輪胎性能的影響[J].世界橡膠工業(yè)，2007，（9）：25-29.

[4]文濤.輪胎氣密層膠料配方[J].現(xiàn)代橡膠技術，2008，（5）：22-25.

Study on Processing Formulation Optimization of Bromobutyl Rubber Used in Automobile Tire Inner Liner

Wang Chun-lei，Wang Yu，Jiao Hong-yu，Liu Xiu-lan，Xu Hai-yan，Pan Guang-qin

The vulcanized processing formulation optimization of imported bromobutyl rubber was studied with the reasonable design of formulations including vulcanization system，filler system，plasticized system，anti-aging system and so on.The optimized vulcanized processing formulations were get，and under the optimized formulation conditions the mechanical property was tested.The optimized formulations were used for synthesized solution bromobutyl rubber，and the mechanical property of vulcanized rubber has achieved application requirement of styre inner liner.

Bromobutyl rubber；Solution bromobutyl rubber；Tyre inner liner；Processing formulations optimization

TQ330.1

A

1003-6490（2016）08-0066-02

2016-07-30

王春磊（1982—），男，山東安丘人，工程師，主要從事橡膠合成與應用方面的工作。