乙丙橡膠在載重子午線內(nèi)胎的應(yīng)用性能*

孫聚華，李文博，袁傳波，車 浩，王雨晴，鄭 翔，鄒向陽(yáng)

(1.中國(guó)石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021；2.中國(guó)石油工程建設(shè)有限公司 北京設(shè)計(jì)分公司，北京 100101；3.中國(guó)石油吉林石化公司 礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部，吉林 吉林 132021；4.中國(guó)石油吉林石化公司 銷售公司，吉林 吉林 132021；5.吉林夢(mèng)溪工程管理有限公司，吉林 吉林 132021)

乙丙橡膠是由乙烯和丙烯共聚制得的，分為二元乙丙橡膠(EPM)和三元乙丙橡膠(EPDM)。乙丙橡膠因分子主鏈為飽和結(jié)構(gòu)，使其具有卓越的耐臭氧、耐候性、電絕緣性等性能[1-8]。單體乙烯、丙烯價(jià)廉易得，因此得到廣泛的應(yīng)用[9-10]。EPM由于沒(méi)有雙鍵，不能采用硫磺硫化，因而，限制了它的應(yīng)用，EPM主要用于潤(rùn)滑油改性以及聚烯烴改性；EPDM由于側(cè)鏈上含有雙鍵，不僅可以采用硫磺硫化，硫化膠還保持了EPDM的性能，主要用于汽車部件、防水卷材、電線電纜護(hù)套、塑膠跑道、汽車密封件、耐熱膠管、膠帶以及其它改性劑[11-15]。

中國(guó)石油吉林石化公司乙丙橡膠裝置經(jīng)過(guò)多次的擴(kuò)建和改造，已經(jīng)從1997年的2萬(wàn)t/a擴(kuò)建到目前的8.5萬(wàn)t/a，生產(chǎn)的產(chǎn)品基本覆蓋了潤(rùn)滑油改性、電線電纜、橡膠制品等應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)品性能基本滿足市場(chǎng)需求，但在載重子午線內(nèi)胎領(lǐng)域的應(yīng)用處于空白。因此，本文對(duì)吉林石化公司DPEM J-2070產(chǎn)品用于全鋼載重子午線輪胎內(nèi)胎膠的應(yīng)用性能進(jìn)行全面研究，并且與國(guó)外EPDM產(chǎn)品2060M進(jìn)行應(yīng)用性能對(duì)比，研究了EPDM J-2070與國(guó)外產(chǎn)品的性能差異及可替代性，為吉林石化公司產(chǎn)品質(zhì)量的提升和市場(chǎng)推廣提供重要技術(shù)支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料

乙丙橡膠J-2070：中國(guó)石油吉林石化公司有機(jī)合成廠；EPDM 2060M：日本三井公司；丁基橡膠(IIR)：IIR268，中國(guó)石化燕山石化分公司；炭黑N330、N550、N774：卡波特公司；石蠟油2280：工業(yè)級(jí)，衡水圣康化工有限公司；硫磺、促進(jìn)劑TT、促進(jìn)劑M等均為市售工業(yè)品。

1.2 儀器及設(shè)備

開(kāi)煉機(jī)：ZG-160，東莞市正工機(jī)電設(shè)備科技有限公司；密煉機(jī)：XSM-05，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司；電子拉力機(jī)：AI-700-S，高鐵科技股份有限公司；橡膠加工分析儀：VISCO-ELASTOGRAPH，德國(guó)Goettfert 公司； 老化箱：AG-1110，日本島津公司；邵氏硬度計(jì)：MS-100，東莞市中旺精密儀器有限公司；透氣性測(cè)試儀：BF-FZ12，東莞市東城檢驗(yàn)設(shè)備有限公司；旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)：濟(jì)PXW-350，南凱德儀器有限公司；低溫脆性試驗(yàn)儀：MZ4068，江蘇明珠試驗(yàn)機(jī)械有限公司；臭氧老化試驗(yàn)箱：QL-500，無(wú)錫市蘇意達(dá)試驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.3 試樣制備

膠料混煉采用二段混煉工藝。一段混煉工藝在5 L密煉機(jī)中進(jìn)行混煉，加入小料、炭黑、石蠟油等；二段混煉工藝在開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行，將一段母膠包輥后，加入硫磺和促進(jìn)劑，打三角包，薄通6次，將混煉膠下片停放16 h后進(jìn)行硫化，硫化膠停放16 h后進(jìn)行物理機(jī)械性能測(cè)試。

1.4 性能測(cè)試

門尼黏度按照GB/T 1232.1—2000進(jìn)行測(cè)定；門尼焦燒按照GB/T 1233—2008進(jìn)行測(cè)定；拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、拉斷永久變形、定伸應(yīng)力按照GB/T 528—2009進(jìn)行測(cè)定；硬度按照GB/T 531.1—2008進(jìn)行測(cè)定；撕裂強(qiáng)度按照GB/T 529—2008進(jìn)行測(cè)定；回彈性按照GB/T 1681—2009進(jìn)行測(cè)定；壓縮生熱按照GB/T1687—1993進(jìn)行測(cè)定；硫化膠熱氧老化性能按照GB/T 3512—2001進(jìn)行測(cè)定；硫化膠耐臭氧老化性能按照GB/T 7762—2003進(jìn)行測(cè)定；硫化橡膠透氣性按照GB/T 7755—2003進(jìn)行測(cè)定；硫化膠低溫脆性按照GB/T15252—2014進(jìn)行測(cè)定；硫化膠壓縮永久變形按照GB/T 7759—1996進(jìn)行測(cè)定；硫化特性按照GB/T 16584—1996進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 配方研究

乙丙橡膠和IIR均屬于低極性橡膠，具有極好的相容性，選取J-2070、三井2060M與IIR268并用，選擇全鋼載重子午線輪胎內(nèi)胎膠配方作為實(shí)驗(yàn)配方，對(duì)兩者的共硫化性進(jìn)行研究，表1、表2分別為J-2070、2060M與IIR268并用的混煉膠實(shí)驗(yàn)配方，表3為門尼黏度與門尼松弛的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。

表1 EPDM J-2070混煉膠實(shí)驗(yàn)配方

表2 EPDM 2060M混煉膠配方

門尼黏度以及門尼松弛主要反映橡膠加工性能的優(yōu)劣。門尼黏度高的膠料不易混煉均勻及擠出加工，影響膠料的加工性能。門尼黏度低的膠料易粘輥，同樣影響膠料的加工性能，并且門尼黏度過(guò)低則硫化后制品抗拉強(qiáng)度低。門尼松弛對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)中的對(duì)數(shù)線性回歸直線的截距k、斜率α和面積A均可以反映膠料加工性能的好壞，而應(yīng)力松弛面積A能綜合反映膠料的加工性能，A越大表明膠料的彈性越大，加工性能越差，反之則越好?；鞜捘z的門尼黏度和門尼松弛的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 混煉膠門尼黏度和門尼松弛

表3數(shù)據(jù)表明，在全鋼載重子午線輪胎內(nèi)胎中，J-2070混煉膠與日本2060M混煉膠相比，混煉膠門尼黏度和門尼松弛面積無(wú)顯著差異，說(shuō)明其加工性能相當(dāng)。

2.2 混煉膠硫化特性

采用橡膠加工分析儀進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)，表4為混煉膠門尼焦燒數(shù)據(jù)對(duì)比，圖1為硫化曲線對(duì)比。

表4和圖1表明，J-2070混煉膠與2060M混煉膠相比，兩者均具有足夠的門尼焦燒時(shí)間，可以滿足膠料的加工安全性要求;J-2070混煉膠的ML和MH高于對(duì)比配方，硫化速度略快些，但總體硫化特性相差不大。

表4 混煉膠門尼焦燒和硫化特性1)

1)t5為門尼黏度從最低值上升5個(gè)門尼黏度值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間；t35為門尼黏度值從最低上升35個(gè)門尼黏度值所對(duì)應(yīng)的時(shí)間；t30為硫化指數(shù)；ML為最小轉(zhuǎn)矩；MH為最大轉(zhuǎn)矩；t90為硫化時(shí)間。

t/min圖1 混煉膠硫化曲線

2.3 硫化膠物理性能

硫化膠的物理性能主要包括硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度及回彈性等，硫化膠物理性能測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 硫化膠物理性能

表5數(shù)據(jù)表明，并用J-2070的內(nèi)胎硫化膠與并用2060M內(nèi)胎硫化膠相比，硫化膠主要物理性能無(wú)顯著差異，具有較好的耐低溫性能和氣密性能。

2.4 硫化膠耐壓縮疲勞性能

硫化橡膠在周期性應(yīng)力的作用下，其結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生的變化稱之為疲勞現(xiàn)象。硫化膠的疲勞性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表6所示。

表6 硫化膠耐壓縮疲勞性能

表6數(shù)據(jù)表明，并用J-2070的內(nèi)胎硫化膠與并用2060M內(nèi)胎硫化膠相比，硫化膠終動(dòng)壓縮變形率、壓縮疲勞溫升及壓縮永久變形相當(dāng)。

2.5 硫化膠耐老化性能

硫化膠的熱氧老化和臭氧老化性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表7所示。

表7 硫化膠耐老化性能1)

1) 熱氧老化條件為：100 ℃×24 h；臭氧老化條件為：w(臭氧)=5.0×10-8，時(shí)間為168 h，溫度為40 ℃，靜態(tài)拉伸變形為30%。

由表7可以看出，經(jīng)過(guò)熱氧老化后，并用J-2070的內(nèi)胎硫化膠與并用2060M內(nèi)胎硫化膠相比，拉斷伸長(zhǎng)率變化率、300%定伸應(yīng)力、硬度、拉伸強(qiáng)度變化率、硫化膠老化系數(shù)、壓縮永久變形相當(dāng)，表明并用J-2070的內(nèi)胎硫化膠老化性能與2060M的性能相當(dāng)；在臭氧質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.0×10-7、時(shí)間為168 h、溫度為40 ℃、拉伸變形為30%條件下老化后，并用J-2070的內(nèi)胎硫化膠無(wú)裂口，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐臭氧老化性能。

3 結(jié) 論

(1) J-2070與IIR有非常好的共硫化性，是與IIR并用生產(chǎn)內(nèi)胎的理想產(chǎn)品。

(2) 并用J-2070的內(nèi)胎混煉膠的混煉特性、加工安全性及混煉膠的加工性能與并用2060M內(nèi)胎混煉膠相當(dāng)。

(3) 并用J-2070的內(nèi)胎硫化膠與并用2060M內(nèi)胎硫化膠相比，硫化膠的拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、300%定伸應(yīng)力、硬度、耐低溫性能、氣密性能、耐臭氧老化性能以及耐壓縮疲勞等性能相當(dāng)。

(4) J-2070完全能夠滿足全鋼載重子午線輪胎內(nèi)胎膠性能要求，可以等量替代2060M用于全鋼載重子午線輪胎內(nèi)胎。