空气阻止剂NM360和氯磺化聚乙烯的协同作用对轮胎气密层气密性的影响

范长亮, 韩 菁, 刘恩冉, 刘 谦, 张学全

（1.三角轮胎股份有限公司, 山东 威海 264200; 2.中国科学院长春应用化学研究所, 吉林 长春 130022）

空气阻止剂NM360和氯磺化聚乙烯的协同作用对轮胎气密层气密性的影响

范长亮1, 韩 菁1, 刘恩冉1, 刘 谦1, 张学全2

（1.三角轮胎股份有限公司, 山东 威海 264200; 2.中国科学院长春应用化学研究所, 吉林 长春 130022）

在轮胎气密层中使用了空气阻止剂NM360和氯磺化聚乙烯作为增强气密层性能的新材料。当NM360和氯磺化聚乙烯单独使用时，对气密层的气密性能影响不大，但是二者同时使用时，气密层的气密性大幅上升18%。因此，NM360和氯磺化聚乙烯具有协同作用，二者的协同作用可以大大增加气密层的气密性能。

空气阻止剂NM360；氯磺化聚乙烯；轮胎气密层；气密性

0 前 言

轮胎气密层的气密性对轮胎的安全性、舒适性和燃油经济性有着重要的影响,研究高气压保持率的轮胎气密层橡胶配方对高性能轮胎十分重要。提高轮胎气密层的气压保持率最重要途径就是选用具有高气体阻隔性能的聚合物。因为溴化丁基橡胶出色的防气体渗透能力和良好的互粘性，其一直是轮胎气密层胶料的主要胶种。但是，溴化丁基橡胶的硫化速度慢、加工性能不好，而且合成工艺复杂，价格长期居高不下。氯磺化聚乙烯(MCSM)是聚乙烯经过氯化和磺化反应后，主链上部分氢原子被取代，链结构规整性被破坏，结晶性下降而变为常温下具有弹性的一种橡胶状聚合物[1-3]。MCSM具有和溴化丁基橡胶相近的物理性能，具有和溴化丁基橡胶相当的气密性能，并且与溴化丁基橡胶的相容性较好。MCSM等量替代溴化丁基橡胶会使得气密层橡胶的气密性能和力学性能有所下降，但其具有明显的价格优势，是一种具有很大发展前景的气密层橡胶[4-5]。

提高气密层胶料气密性的另一个途径是加入具有气体阻隔能力的填料。空气阻止剂是一种具有层状结构的气体阻隔材料，具有良好的气体阻隔性能和较低的相对密度(其相对密度1.18，炭黑相对密度1.83)。其中，空气阻止剂NM360的使用可以使气密层橡胶的气密性能有所增加，可以降低轮胎的质量和生产成本，是一种具有较大发展前景的气密层助剂[6-7]。

本文研究了NM360和MCSM对轮胎气密层橡胶的气密性能和力学性能的影响。研究结果表明， NM360和MCSM单独使用没有增加气密层橡胶的气密性能，但二者的协同作用可以大大增加气密层橡胶的气密性能。

1 实 验

1.1 主要原材料

BIIR，美国埃克森美孚化工公司；NM360，郑州金山化工有限公司；氯磺化聚乙烯，江西华琪橡塑有限公司；炭黑N660，山东贝斯特有限公司；氧化锌，青岛海燕有限公司；硬脂酸，江苏如皋双马化工有限公司。

1.2 主要试验设备

GK255N型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司；GK400N型密炼机和KGS150/16D型挤出压延机，德国克虏伯公司；Xk-160型开炼机，沈阳橡胶机械有限公司产品；MDR2000型硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；TS-2000M型电子拉力机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；RPА2000型橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品；401B型老化试验箱，江都试验机械厂；回弹性测试仪，意大利Gibitre公司。

1.3 试样制备

小配合实验胶料采用两段混炼工艺，在实验室小型开炼机上进行。第一段混炼的加料顺序为：BIIR、MCSM→硬脂酸、氧化镁、增黏树脂→炭黑、空气阻止剂→芳烃油→下片，停放4 h；第二段混炼的加料顺序为：一段混炼胶→促进剂、硫磺→下片，停放4 h备用。

大配合实验胶料采用三段混炼工艺进行。一段和二段混炼在XM370密炼机上进行，转速为30 r/min,一段混炼工艺为：BIIR、MCSM→硬脂酸、氧化镁、增黏树脂→炭黑、空气阻止剂→排胶[(130±5)℃]；二段混炼工艺为：一段混炼胶→炭黑→排胶[(120±5)℃]；三段混炼在GK255密炼机中进行，转子转速为20 r/min,混炼工艺为：二段混炼胶→促进剂、氧化锌、硫磺→排胶[（120±5）℃]。

1.4 性能测试

气密层橡胶的气密性委托北京彤程创展科技有限公司测试，测试标准为GB/T 1038—2000《塑料薄膜和薄片气体透过性试验方法—压差法》。拉伸性能按照GB/T 528标准，用GT-300型电子拉力试验机进行；撕裂性能按照GB/ T 530测试；硬度按照GB/T 531标准，用LX-А型橡胶硬度仪测试。。

2 结果与讨论

2.1 MCSM对气密层橡胶性能的影响

气密层橡胶配方见表1。

表1 使用MCSM的气密层橡胶小配合实验配方

从表2可以看出，MCSM的使用会降低气密层橡胶的力学性能，随着MCSM份数的增加，气密层橡胶的拉伸强度、拉断伸长率和定伸应力、撕裂强度都会降低。其中，拉断伸长率下降明显，在气密层中应用10、20和30份MCSM胶后，硫化胶的拉断伸长率分别下降10%、17%和22%。而使用30份MCSM后，硫化胶的拉伸强度和撕裂强度分别降低了19%和13%。MCSM橡胶的力学性能良好，在不添加炭黑补强剂的情况下，生胶的拉伸强度就可以达到17 MPa。MCSM的加入导致气密层橡胶力学性能下降是因为MCSM和溴化丁基橡胶的硫化方式 不同引起的。通常，氯磺化聚乙烯的交联体系为氧化镁、氧化铅等金属氧化物，以及有机酸和促进剂组成的硫化体系。在本实验中，侧重于研究氯磺化聚乙烯的气密性能，而对其力学性能不做重点研究，因此，本实验配方没有添加氯磺化聚乙烯的硫化剂，在硫化胶中，氯磺化聚乙烯没有参与硫化反应，因此氯磺化聚乙烯的加入影响了硫化胶的力学性能。

表2 小配合实验中MCSM对气密层硫化胶性能的影响

2.2 NM360对气密层橡胶性能的影响

从表2也可以看出，与正常生产配方相比，使用30份NM360代替陶土后，实验胶料的伸长率、定伸应力和撕裂强度略有增加，而硫化胶的永久变形降低了15.6%。NM360的使用并没有使气密层硫化胶的气密性能大幅上升，但是，其使用会增加填料的量，同时保持较好的力学性能和透气系数，从而大幅降低气密层胶料的生产成本。因此，在气密层胶料中使用30份NM360是可行的。

2.3 NM360和MCSM的协同作用对气密层橡胶性能的影响

本实验采用的气密层配方如表3所示。

从表4数据可以看出，气密层胶料同时使用MCSM和NM360后，硫化胶的力学性能有一定程度降低。单独使用MCSM时，气密层橡胶的透气系数会上升，所以MCSM胶的气体阻隔能力低于溴化丁基橡胶。单独使用NM360时，气密层胶的透气系数没有变化， NM360有一定的气体阻隔能力，可以替代部分炭黑。当同时使用MCSM和NM360时，从透气系数的数据可以看出，气密层橡胶的透气系数大幅下降18%。这说明MCSM和NM360具有协同作用，可以大幅提高气密层橡胶的气体阻隔性能。

表3 使用MCSM和NM360的气密层的大料实验配方

表4 大料试验中MCSM和NM360对气密层硫化胶性能的影响

3 结 论

采用溴化丁基橡胶和MCSM胶并用，并同时使用空气阻止剂NM360作为填料，胶料的力学性能有所下降，但并不影响使用，胶料的气密性有了较大程度提高。高气体阻隔能力的气密层对于保持轮胎的充气压力非常重要，而保持轮胎的充气压力也是降低轮胎滚动阻力的重要途径之一。另外，MCSM胶和NM360的使用会降低轮胎的生产成本。使用10份氯磺化聚乙烯和30份NM360并降低炭黑用量，可以降低胶料成本约1.86元/kg。按照11R22规格全钢子午胎计算，每条轮胎可以降低生产成本4.9元，按照每年100万条的产量计算，可以节省成本490余万元，经济效益十分可观。因此，在气密层配方中使用不超过10份MCSM胶和30份NM360是可行的。

[1] 高秋英, 罗建刚, 余萍. 改性氯磺化聚乙烯橡胶/丁苯橡胶在轿车子午线轮胎气密层胶中的并用研究[J].轮胎工业，2012(32)：350-352.

[2] 梁星宇. 改性氯磺化聚乙烯橡胶的性能研究[J]. 世界橡胶工业，2010(37)：1-3.

[3] 高绪风, 姜杰，黄义钢,等. 改性氯磺化聚乙烯橡胶在全钢载重子午线轮胎气密层胶中的应用[J]. 轮胎工业, 2013(33)：353-356.

[4] 金万祥. 氧化铅硫化体系的配合对氯磺化聚乙烯橡胶性能的影响[J].特种橡胶制品，2011(32)：19-24.

[5] 王巧福, 蔡海军, 陈家香. 氯磺化聚乙烯橡胶的无铅硫化[J].橡胶工业, 2011(58)：250-255

[6] 张建勋, 黄义钢，林向阳, 等. 空气阻止剂NM360在全钢载重子午线轮胎气密层中的应用[J].轮胎工业, 2011(31)：229-232.

[7] 余政纲，胡录伟，袁德彬, 等.改性氯磺化聚乙烯橡胶和空气阻止剂NM360在全钢载重子午线轮胎气密层胶中的应用[J].轮胎工业, 2013(33)：408-411.

[责任编辑：朱 胤]

Synergistic Effect of Air Inhibitor NM360 and CSM on Air Permeability of Inner Liner of TBR Tire

Fan Changliang1, Han Jing1, Liu Enran1, Liu Qian1, Zhang Xuequan2
(1. Triangle Tire Company, Weihai 264200, China; 2. Changchun Institute of Applied Chemistrу, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022, China)

NM360 and MCSM are used in compounds of inner liner of TBR tires to improve the mechanical properties and lower the gas penetration. It is found that when NM360 and MCSM are used separately, none of them could lower the gas penetration significantly. However, when they are used simultaneously, the gas penetration is significantly lowered by 18%. It is speculated the lower of gas penetration is caused by synergistic effect of air inhibitor NM360 and CSM.

Air Inhibitor NM360; Chlorosulfonated Polуethylene; Inner Liner; Air Tightness

TQ336.1

B

1671-8232(2014)08-0033-04

2014-02-18

范长亮（1982—），男，山东临沂人，博士，目前就职于三角轮胎股份有限公司，主要从事新材料在轮胎中的应用研究工作。