停放條件對帶束層膠和胎面膠性能的影響

周順利

[倍耐力輪胎（焦作）有限公司，河南 焦作 454000]

膠料的門尼焦燒時(shí)間、門尼粘度、硫化特性和物理性能對半成品的加工性能、胎坯成型及硫化均有非常重要的影響[1-3]。為了保證半成品加工的安全性、穩(wěn)定性和流暢性，以及半成品尺寸的均勻性和表面粘度適當(dāng)[4-8]，需要膠料具備合適的門尼粘度、門尼焦燒時(shí)間、硫化特性和物理性能，而這些性能與膠料的停放條件密切相關(guān)[9-11]。

本工作分別研究室溫環(huán)境（23 ℃）和夏季高溫環(huán)境（35 ℃）下，帶束層膠和胎面膠的門尼粘度、門尼焦燒時(shí)間、硫化特性和物理性能隨著停放時(shí)間延長的變化情況，為確定較佳的帶束層膠和胎面膠的停放條件提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SCR WF，海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品；聚異戊二烯橡膠（IR），中國石化揚(yáng)子石化有限公司產(chǎn)品；高分散性白炭黑，確成硅化學(xué)股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N326，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；氧化鋅，永華化學(xué)科技（江蘇）有限公司產(chǎn)品；硅烷偶聯(lián)劑，湖北江瀚新材料股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

帶束層膠配方（用量/份）：NR 80，IR 20,炭黑N326 50，氧化鋅 8，防老劑 2，增粘劑7.3，硫黃和促進(jìn)劑 5.7，其他 10.1。

胎面膠配方（用量/份）：NR 35，IR 65，白炭黑 68，氧化鋅 6.5，防老劑 6，增粘劑 2，硫黃和促進(jìn)劑 4.2，其他 12。

1.3 主要設(shè)備和儀器

BB430型密煉機(jī)，日本神戶制鋼所產(chǎn)品；GK90E型密煉機(jī)，益陽橡膠塑料機(jī)械集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；X（S）K-160型開煉機(jī)，上海華雄機(jī)械有限公司產(chǎn)品；GT-7014-H20型平板硫化機(jī)，高特威爾科學(xué)儀器（青島）有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度計(jì)和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；AI-3000型拉力試驗(yàn)機(jī)和TH-250型恒溫恒濕箱，高鐵檢測儀器（東莞）有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

1.4.1 混煉

（1）帶束層膠兩段混煉均采用BB430型密煉機(jī)，一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：NR塑煉膠、IR和小料（35 s）→炭黑和軟化劑（30 s）→壓壓砣（40 s）→提壓砣→排膠（160 ℃）→擠出膠片→浸隔離劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%）→吹干冷卻→收膠。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣（30 s）→提壓砣（30 s）→排膠（100 ℃）→開煉機(jī)下片→浸隔離劑（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%）→吹干冷卻→收膠。

（2）胎面膠兩段混煉均采用GK90E型密煉機(jī)。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為45 r·min-1，混煉工藝為：NR、IR和小料（40 s）→白炭黑和軟化劑（30 s）→壓壓砣（30 s）→提壓砣→排膠（140 ℃）→擠出膠片→浸隔離劑→吹干冷卻→收膠。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為30 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣（35 s）→提壓砣（35 s）→排膠（100 ℃）→開煉機(jī)下片→浸隔離劑→吹干冷卻→收膠。

模擬室溫和夏季高溫環(huán)境下的試樣分別在溫度為23和35 ℃的恒溫恒濕箱內(nèi)停放設(shè)定的時(shí)間。所有試樣從恒溫恒濕箱內(nèi)取出后，需在21～25 ℃的環(huán)境中放置4 h。

1.4.2 硫化

膠料在平板硫化機(jī)上進(jìn)行硫化，硫化條件為170 ℃×10 min，硫化完成后需在21～25 ℃的環(huán)境中靜置16 h，再進(jìn)行裁片、測試。

1.5 性能測試

膠料性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 帶束層膠

2.1.1 門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間

停放條件對帶束層膠門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間的影響如表1所示。

表1 停放條件對帶束層膠門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間的影響

由表1可以看出：隨著停放時(shí)間的延長，無論在室溫環(huán)境還是高溫環(huán)境下，膠料的門尼粘度均呈現(xiàn)增大趨勢；在室溫環(huán)境下，停放21 d的膠料的門尼粘度出現(xiàn)較為明顯地增大，而在高溫環(huán)境下，停放14 d的膠料的門尼粘度出現(xiàn)較為明顯地增大，高溫環(huán)境下膠料門尼粘度明顯增大所需的存放時(shí)間縮短；停放時(shí)間相同時(shí)，室溫環(huán)境下膠料的門尼粘度低于高溫環(huán)境下膠料的門尼粘度。分析認(rèn)為，膠料在停放過程中產(chǎn)生了一定程度的早期交聯(lián)，形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低了膠料的流動(dòng)性，且高溫下的交聯(lián)反應(yīng)強(qiáng)于室溫下的交聯(lián)反應(yīng)。

從表1還可以看出，隨著停放時(shí)間的延長，膠料的門尼焦燒時(shí)間逐漸縮短，且停放時(shí)間相同時(shí)，高溫環(huán)境下膠料的門尼焦燒時(shí)間較短。

2.1.2 硫化特性

停放條件對帶束層膠硫化特性（170 ℃）的影響如表2所示。

表2 停放條件對帶束層膠硫化特性的影響

從表2可以看出：在室溫環(huán)境和高溫環(huán)境下，隨著停放時(shí)間的延長，膠料的FL均呈增大趨勢，且高溫環(huán)境下FL增幅更大，這與門尼粘度變化規(guī)律相一致；Fmax逐漸減小；t30，t60和t90有輕微變化，t90略有延長，原因是帶束層膠中添加了炭黑，在停放過程中炭黑吸附促進(jìn)劑，導(dǎo)致t90延長。

2.1.3 物理性能

停放條件對帶束層膠物理性能的影響見表3。

表3 停放條件對帶束層膠物理性能的影響

從表3可以看出，隨著停放時(shí)間的延長，帶束層膠的物理性能變化不大，且室溫環(huán)境和高溫環(huán)境下相差也不大，這說明停放時(shí)間和環(huán)境溫度對帶束層膠的物理性能幾乎沒有影響。

2.2 胎面膠

2.2.1 門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間

停放條件對胎面膠門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間的影響如表4所示。

表4 停放條件對胎面膠門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間的影響

從表4可以看出：隨著停放時(shí)間的延長，室溫環(huán)境和高溫環(huán)境下的胎面膠的門尼粘度均逐漸增大；在室溫環(huán)境下，停放14 d的膠料的門尼粘度達(dá)到72，超出門尼粘度控制范圍，而在高溫環(huán)境下，停放7 d的膠料的門尼粘度已達(dá)到75，超出門尼粘度控制的上限，高溫環(huán)境下膠料門尼粘度超標(biāo)所需的停放時(shí)間明顯縮短。分析認(rèn)為，膠料在停放過程中產(chǎn)生了一定程度的早期交聯(lián)，形成了網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，降低了膠料的流動(dòng)性，導(dǎo)致門尼粘度增大。

從表4還可以看出，隨著停放時(shí)間的延長，胎面膠的門尼焦燒時(shí)間逐漸縮短，且停放時(shí)間相同時(shí)在高溫環(huán)境下膠料的門尼焦燒時(shí)間更短。

2.2.2 硫化特性

停放條件對胎面膠硫化特性（170 ℃）的影響如表5所示。

表5 停放條件對胎面膠硫化特性的影響

從表5可以看出：隨著停放時(shí)間的延長，在室溫環(huán)境和高溫環(huán)境下胎面膠的FL均逐漸增大，且高溫環(huán)境下其增幅較大；Fmax逐漸減小；停放時(shí)間超過7 d后，t90略微縮短，原因是胎面膠中添加了白炭黑和返回膠對t90有影響；高溫環(huán)境下膠料的t90更長。

2.2.3 物理性能

停放條件對胎面膠物理性能的影響如表6所示。

表6 停放條件對胎面膠物理性能的影響

從表6可以看出：隨著停放時(shí)間的延長，室溫環(huán)境和高溫環(huán)境下胎面膠的定伸應(yīng)力差異不大，這說明停放時(shí)間和環(huán)境溫度對胎面膠的定伸應(yīng)力影響不大；拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率逐漸減小，且在室溫環(huán)境下，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率在停放14 d時(shí)明顯降低，在高溫環(huán)境下，拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率在停放7 d時(shí)明顯降低。

3 結(jié)論

（1）在室溫環(huán)境和高溫環(huán)境下，帶束層膠和胎面膠的門尼粘度均隨停放時(shí)間的延長而逐漸增大，且環(huán)境溫度越高，增大趨勢越明顯。

（2）在室溫環(huán)境和高溫環(huán)境下，帶束層膠和胎面膠的門尼焦燒時(shí)間均隨停放時(shí)間的延長而縮短，且在高溫環(huán)境下，門尼焦燒時(shí)間更短。

（3）在室溫環(huán)境和高溫環(huán)境下，隨著停放時(shí)間的延長，帶束層膠的FL逐漸增大，且高溫環(huán)境下增幅更大，F(xiàn)max逐漸減小，t90略有延長；胎面膠的FL逐漸增大，F(xiàn)max逐漸減小，停放時(shí)間超過7 d后，t90略微縮短，且在高溫環(huán)境下停放的膠料的t90更長。

（4）停放時(shí)間和停放溫度對帶束層膠的物理性能幾乎沒有影響；對胎面膠的定伸應(yīng)力影響不大，胎面膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率隨著停放時(shí)間的延長而減小，且高溫環(huán)境下胎面膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率較小。