氯化聚乙烯橡膠在輪胎氣密層膠中的應用

劉 路，鄒 華，2*，周 靜

（1.北京化工大學 北京市新型高分子材料制備與加工重點實驗室，北京 100029；2.北京化工大學 教育部彈性體材料節能與資源化工程研究中心，北京 100029；3.風神輪胎股份有限公司，河南 焦作 454003）

隨著科技進步和社會的發展，汽車在人類生活中扮演了越來越重要的角色，而輪胎的氣密性對其安全性能具有重要的作用。溴化丁基橡膠（BIIR）優異的氣密性能和良好的抗屈撓疲勞性能使其成為生產輪胎氣密層的主要膠種[1-2]，但由于全BIIR膠料存在炭黑和小料分散不均、與過渡層粘合性差、成本高等缺點，因此需要采用BIIR與其他膠種并用，以實現氣密層膠內填料分散均勻，降低生產成本，保證氣密性能優異。

氯化聚乙烯橡膠（CM）是氯原子取代了聚乙烯中的氫原子且氯原子質量分數達到0.25～0.46的高彈性體，具有優良的耐候性、耐臭氧性、耐油性和耐熱老化性能，并且與其他高分子材料具有良好的相容性[3-4]。目前無內胎輪胎的內襯層即氣密層直接貼在胎體簾布層上，并且保持一定的厚度，一方面起著氣密作用，另一方面在輪胎受到鐵釘等穿刺時，能起到防止氣體快速泄漏的作用。輪胎氣密層膠一般采取鹵化丁基橡膠與天然橡膠（NR）、丁苯橡膠等并用[5]。本工作研究氣密層膠配方中采用CM部分等量替代BIIR/NR并用膠中的NR對輪胎氣密層性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原材料

BIIR，牌號2030，德國朗盛公司產品；CM，牌號CPE150，河北精信化工集團有限公司產品；NR，牌號RSS1，印度尼西亞進口產品；炭黑N660，青島德固賽化學有限公司產品；氧化鋅，天津長利橡膠貿易有限公司產品。

1.2 試驗配方

試驗配方如表1所示。

表1 試驗配方 份

1.3 主要設備和儀器

XK-160型開煉機，上海橡膠機械一廠產品；XSM-500型密煉機，上海科創橡塑機械設備有限公司產品；25 t平板硫化機，上海橡膠機械制造廠產品；CMT-4104型微控電子萬能試驗機，深圳市新三思材料檢測有限公司產品；BS61 Ⅱ型邵氏硬度計，德國Bareiss儀器公司產品；MR-C3型無轉子硫化儀和M3810c型門尼粘度儀，北京環峰化工機械實驗廠產品；H-800型透射電子顯微鏡（TEM），日本日立公司產品；DSC27型差示掃描量熱儀（DSC），美國Perkin-Elmer公司產品；GDP100型氣密檢測儀，北京瑞達宇辰儀器有限公司與北京化工大學先進彈性體中心聯合研制。

1.4 試樣制備

將CM、增塑劑及硫化劑和促進劑在密煉機中混煉制成CM母膠；再將BIIR、CM母膠、炭黑、芳烴油、增粘樹脂及其余助劑在密煉機中混煉均勻即得混煉膠；混煉膠在開煉機上薄通、打三角包，混煉均勻出片。

膠料在平板硫化機上硫化成型，硫化條件為160 ℃/15 MPa×（t90＋3 min），硫化后停放16 h進行相關性能測試。

1.5 性能測試

門 尼 粘 度[ML（1 ＋4）100 ℃]按 照GB/T 1232.1—2000 進行測試；硫化特性按照GB/T 16584—1996進行測試，測試條件：160 ℃×60 min；拉伸性能按照GB/T 528—2009進行測試；撕裂性能按照GB/T 529—2008進行測試，采用直角形試樣。

氣密層膠透氣性根據ISO 2782：2007自制自動化氣密性測試儀進行測試，采取測5點厚度取平均值的方法，測試條件為：氮氣氣氛，充氣壓力0.4 MPa，溫度 40 ℃，試樣為8 cm直徑圓形薄片。試驗前用乙醇對薄膜表面進行清洗，然后放入干燥器內干燥24 h。

2 結果與討論

2.1 門尼粘度與硫化特性

BIIR/NR/CM并用比對氣密層膠門尼粘度和硫化特性的影響如表2所示。

從表2可以看出，添加CM影響膠料的門尼粘度，且隨著CM用量的增大，膠料的門尼粘度逐漸降低，焦燒時間延長，正硫化時間縮短，硫化速率略微加快。

表2 BIIR/NR/CM并用比對氣密層膠門尼粘度和硫化特性的影響

2.2 物理性能

BIIR/NR/CM并用比對氣密層膠物理性能的影響如表3所示。

表3 BIIR/NR/CM并用比對氣密層膠物理性能的影響

從表3可以看出：隨著CM用量的增大，膠料的拉伸強度略有減小，拉斷伸長率較未添加CM膠料有所降低，而100%和300%定伸應力、邵爾A型硬度和撕裂強度相差不大；在屈撓疲勞測試中，各配方膠料均未出現裂口。

2.3 氣密性

當BIIR/NR/CM 并 用 比 分 別 為70/30/0，70/20/10，70/15/15和70/10/20時，膠料的透氣系數分別為1.463×10-17，1.458×10-17，1.428×10-17和1.388×10-17m2·（Pa·s）-1。CM的加入使膠料的氣密性有所改善，且隨著CM用量的增大，膠料的氣密性逐漸變好。

2.4 動態力學性能

硫化膠的儲能模量（G′）和損耗因子（tanδ）[6]隨應變的變化規律與填料分散和交聯程度有關。不同并用比膠料的G′-應變（ε）和tanδ-ε曲線分別如圖1和2所示。

圖1 不同并用比膠料的G′-lg ε曲線

從圖1可以看出：在低應變下，膠料的G′下降較慢；但當應變超過一定值后，隨著應變的增大，G′明顯降低；隨著CM用量的增大，在低應變下，初始的G′有略微下降，當應變超過一定值時，G′相差無幾。

從圖2可以看出，隨著ε的增大，未添加CM膠料的tanδ陡然增大，這說明填料與橡膠之間形成的三維網絡結構受到破壞，分子鏈發生了大的剪切形變，填料網絡被破壞，生熱量增加。隨著ε的增大，添加CM膠料的tanδ均呈先減小后增大趨勢，且隨著CM用量的增大，膠料的tanδ略有增大。

圖2 不同并用比膠料的tanδ-lg ε曲線

2.5 分散性

不同并用比膠料的TEM照片如圖3所示。

從圖3可以看出：未添加CM的氣密層膠料單純為BIIR與NR共混，填料出現部分團聚現象，分散性一般；而添加了CM的膠料填料的團聚現象有所改善。由此可知，添加部分CM對填料的分散有利。

圖3 不同并用比膠料的TEM照片

2.6 相容性

不同并用比膠料的DSC分析結果如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著CM用量的增大，膠料的玻璃化溫度（Tg）有所提高，但總體溫度相差不大，這說明添加CM對膠料的Tg影響甚微，且不同膠料在共混、共硫化后得到的硫化膠相容性良好。

圖4 不同并用比膠料的DSC分析曲線

3 結論

（1）采用CM部分替代BIIR/NR中的NR后，膠料的加工性能和物理性能接近未添加CM膠料的性能水平。

（2）與未添加CM的膠料相比，添加CM膠料的氣密性和填料分散性均有所改善，可以滿足輪胎氣密層膠的使用需求，能夠有效提高產品的市場競爭力。

（3）隨著CM用量的增大，膠料的物理性能和Tg變化不大，tanδ值略有上升，氣密性越來越好。