溴化丁基橡膠/天然橡膠并用的無內胎輪胎氣密層混煉工藝改進

呂 強，董愛景，茍登峰

（貴州輪胎股份有限公司，貴州 貴陽 550008）

采用溴化丁基橡膠（BIIR）/天然橡膠（NR）并用的無內胎輪胎氣密層在生產過程中不時出現膠皮表面發毛無光澤、凹凸不平的情況，不僅影響正常生產，造成成本浪費，而且給輪胎使用帶來質量隱患。隨著無內胎輪胎產量的增大，此問題表現得更加突出。

本工作從混煉相容性角度出發，對BIIR和NR并用膠工藝相容性的影響因素進行分析，測試溫度對生膠和混煉膠門尼粘度的影響，通過試驗改進氣密層膠料的混煉工藝，縮小BIIR和NR并用時的門尼粘度差異，改善了相容性，并應用于實際生產中，取得了較好效果。

1 實驗

1.1 主要原材料

BIIR，牌號CBK2222，美國埃克森公司產品；NR，5#標準膠，海南天然橡膠產業集團股份有限公司產品；炭黑N660，山西大同恒大化工有限責任公司產品；氧化鋅，貴陽中江礦業有限公司產品；芳烴油，洛陽市龍光化工有限公司產品。

1.2 試驗配方

BIIR 60，NR 40，炭黑N660 60，氧化鋅3，氧化鎂 0.3，硬脂酸 1，40MSF樹脂 4，C9石油樹脂 3，礦質膠 3，芳烴油 4，硫黃 0.6，促進劑DM 1.5。

1.3 主要設備和儀器

254 mm（10英寸）開煉機，上海橡膠機械廠產品；F270型密煉機，英國法雷爾公司產品；XLB-Q 500×500×2型50 t平板硫化機（蒸汽），青島巨融機械技術有限公司產品；401A型老化烘箱，上海實驗儀器有限公司產品；M200E型門尼粘度試驗機、R100E型橡膠硫化儀和T2000E型電子拉力機，北京友深電子儀器有限公司產品；Q800型動態粘彈譜儀，美國TA公司產品。

1.4 混煉工藝

（1）正常生產混煉工藝：一段混煉轉子轉速為40 r·min-1，加入BIIR和NR塑煉膠、小料（不含氧化鋅、硫黃和促進劑）混煉40 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至110 ℃時加芳烴油→壓壓砣→混煉至122 ℃時提壓砣→壓壓砣→混煉至138 ℃時排料；二段混煉轉子轉速為20 r·min-1，加入一段混煉膠、氧化鋅、硫黃和促進劑→壓壓砣→混煉60 s→提壓砣→壓壓砣→混煉至105 ℃排料。

（2）試驗混煉工藝：根據配方組成，分別生產BIIR母膠M1（BIIR 60，炭黑N660 34，氧化鎂 0.3，40MSF樹脂、C9石油樹脂和礦質膠 9，芳烴油 1）和NR母膠M2（NR 40，炭黑N660 26，硬脂酸 1，C9石油樹脂 1，芳烴油 3），停放后進行終煉膠生產（M1母膠/M2母膠質量比為104.3/71），硫化體系配比不變。

M1母膠生產工藝：轉子轉速為40 r·min-1，加入BIIR、小料（不含氧化鋅、硫黃和促進劑）混煉30 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至125 ℃時加芳烴油→壓壓砣→混煉至142 ℃排料。

M2母膠生產工藝：轉子轉速為40 r·min-1，加入NR、小料（不含氧化鋅、硫黃和促進劑）混煉30 s后加入炭黑→壓壓砣→混煉至130 ℃時加芳烴油→壓壓砣→混煉至145 ℃時提壓砣→壓壓砣→混煉至165 ℃排料。

終煉膠生產工藝：轉子轉速為20 r·min-1，加入M1母膠、M2母膠、氧化鋅、硫黃和促進劑→壓壓砣→混煉60 s→提壓砣→壓壓砣→混煉至105 ℃排料。

1.5 性能測試

玻璃化溫度采用動態粘彈譜儀測試，試驗條件為：頻率 5 Hz，應力 0.4 MPa，溫度范圍－80～0 ℃。

其他性能均按相應的國家或企業標準測試。

2 結果與討論

2.1 溫度對生膠門尼粘度[ML（1＋4）]的影響

橡膠相容性是指兩種以上聚合物在共混過程中相互分散的能力[1]，其與生膠并用比和門尼粘度等有關。二者的粘度相差越大，并用膠分散相的區域尺寸就越大；二者的粘度越接近，并用膠分散相的區域尺寸就越細微[2]。為了分析混煉工藝對BIIR和NR相容性的影響，分別在不同溫度下測試BIIR和NR的門尼粘度，結果見圖1。

從圖1可以看出，BIIR的門尼粘度比NR低，隨著溫度的升高，BIIR和NR的門尼粘度下降，BIIR的下降幅度比NR大。

分析認為：NR相和BIIR相的門尼粘度差異越大，并用膠分散相的區域尺寸就越大，同時由于BIIR并用的配方混煉排膠溫度都不高，在正常工藝的排膠溫度下，機械混煉降低NR門尼粘度的效果不明顯，就會出現門尼粘度高、相區尺寸大的NR相分散于BIIR相中，造成混煉膠中兩相彈性差異大；其次炭黑在與并用膠共混時，由于炭黑與橡膠分子鏈中的雙鍵有很強的結合力，不飽和度大的橡膠與炭黑的親和力大，因此，炭黑在NR相中的分布明顯大于在BIIR相中的分布，炭黑在并用膠中的分布不均，會進一步擴大兩相的彈性差異，從而引起混煉膠或壓延膠片外觀凹凸不平。

2.2 溫度對混煉膠門尼粘度[ML（1＋4）]的影響

溫度對M1和M2母膠門尼粘度的影響見圖2。

圖2 溫度對M1和M2母膠門尼粘度的影響

試驗混煉工藝是通過將炭黑分別加入BIIR和NR中，減小炭黑分布對混煉膠門尼粘度的影響，同時采用不同混煉工藝，在M2混煉時提高排膠溫度到165 ℃，以降低NR的門尼粘度，這在與BIIR并用時是不能實現的。由圖2可以看出，通過以上工藝改進，在終煉膠混合的溫度范圍（105～115 ℃）內，M1和M2母膠的門尼粘度比較接近，減小了并用膠兩相粘彈性的差異。

2.3 混煉工藝對玻璃化溫度的影響

為了考察試驗工藝的混合效果，研究混煉工藝對混煉膠玻璃化溫度的影響，結果見圖3，tanδ為損耗因子。

圖3 混煉工藝對混煉膠tanδ的影響

從圖3可以看出，與生產工藝相比，試驗工藝混煉膠的玻璃化溫度向低溫方向移動。這是因為在試驗工藝混煉膠中，NR混煉時的機械作用時間長，分子鏈斷裂的幾率大，相對分子質量比正常生產工藝小，使分子鏈端部的濃度增加，從而降低玻璃化溫度，進一步說明試驗工藝可以達到降低NR門尼粘度的效果。

從圖3還可以看出，試驗工藝膠料的tanδ-溫度曲線的峰寬比正常生產工藝膠料窄，說明在試驗工藝條件下，混煉膠的相容性比正常生產工藝要好，進一步說明試驗工藝可以縮小混煉膠中兩相的門尼粘度差異。

2.4 混煉工藝對炭黑分散性的影響

采用不同混煉工藝生產的混煉膠的炭黑分散情況見圖4。

圖4 混煉膠的炭黑分散情況

從圖4可以看出，試驗工藝膠料中的炭黑分散性優于正常生產工藝膠料，這主要是由于試驗工藝改變了炭黑分布，改善了并用膠中NR和BIIR的門尼粘度，因此有利于混煉時填料的分散。

2.5 混煉工藝對膠料性能的影響

混煉工藝對膠料硫化特性和物理性能的影響見表1。

從表1可以看出：試驗工藝膠料的硫化特性與生產工藝膠料相差不大；老化前后硫化膠的物理性能均明顯優于正常生產工藝膠料，這主要是由于在試驗混煉工藝條件下，炭黑在BIIR相中的分布比正常生產工藝多，起到了補強效果。

表1 混煉工藝對膠料性能的影響

2.6 實際生產效果

對采用試驗工藝生產的混煉膠進行氣密層膠片試生產。結果顯示，混煉膠熱煉時比較容易回煉均勻，壓延膠皮表面平整光潔性提高，壞料明顯減少。

3 結論

采用試驗混煉工藝可改善混煉膠的相容性，從而提高膠料的加工性能，解決了氣密層膠片生產時經常出現的凹凸不平等外觀問題，膠料的物理性能得到改進，可以滿足正常生產要求，同時NR直接混煉，取消了塑煉過程，提高了生產效率。