停放条件对带束层胶和胎面胶性能的影响

周顺利

[倍耐力轮胎（焦作）有限公司，河南 焦作 454000]

胶料的门尼焦烧时间、门尼粘度、硫化特性和物理性能对半成品的加工性能、胎坯成型及硫化均有非常重要的影响[1-3]。为了保证半成品加工的安全性、稳定性和流畅性，以及半成品尺寸的均匀性和表面粘度适当[4-8]，需要胶料具备合适的门尼粘度、门尼焦烧时间、硫化特性和物理性能，而这些性能与胶料的停放条件密切相关[9-11]。

本工作分别研究室温环境（23 ℃）和夏季高温环境（35 ℃）下，带束层胶和胎面胶的门尼粘度、门尼焦烧时间、硫化特性和物理性能随着停放时间延长的变化情况，为确定较佳的带束层胶和胎面胶的停放条件提供参考。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），SCR WF，海南天然橡胶产业集团股份有限公司产品；聚异戊二烯橡胶（IR），中国石化扬子石化有限公司产品；高分散性白炭黑，确成硅化学股份有限公司产品；炭黑N326，江西黑猫炭黑股份有限公司产品；氧化锌，永华化学科技（江苏）有限公司产品；硅烷偶联剂，湖北江瀚新材料股份有限公司产品。

1.2 配方

带束层胶配方（用量/份）：NR 80，IR 20,炭黑N326 50，氧化锌 8，防老剂 2，增粘剂7.3，硫黄和促进剂 5.7，其他 10.1。

胎面胶配方（用量/份）：NR 35，IR 65，白炭黑 68，氧化锌 6.5，防老剂 6，增粘剂 2，硫黄和促进剂 4.2，其他 12。

1.3 主要设备和仪器

BB430型密炼机，日本神户制钢所产品；GK90E型密炼机，益阳橡胶塑料机械集团有限公司产品；X（S）K-160型开炼机，上海华雄机械有限公司产品；GT-7014-H20型平板硫化机，高特威尔科学仪器（青岛）有限公司产品；MV2000型门尼粘度计和MDR2000型无转子硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；AI-3000型拉力试验机和TH-250型恒温恒湿箱，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 混炼

（1）带束层胶两段混炼均采用BB430型密炼机，一段混炼转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：NR塑炼胶、IR和小料（35 s）→炭黑和软化剂（30 s）→压压砣（40 s）→提压砣→排胶（160 ℃）→挤出胶片→浸隔离剂（质量分数为2%）→吹干冷却→收胶。二段混炼转子转速为30 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→压压砣（30 s）→提压砣（30 s）→排胶（100 ℃）→开炼机下片→浸隔离剂（质量分数为2%）→吹干冷却→收胶。

（2）胎面胶两段混炼均采用GK90E型密炼机。一段混炼转子转速为45 r·min-1，混炼工艺为：NR、IR和小料（40 s）→白炭黑和软化剂（30 s）→压压砣（30 s）→提压砣→排胶（140 ℃）→挤出胶片→浸隔离剂→吹干冷却→收胶。二段混炼转子转速为30 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→压压砣（35 s）→提压砣（35 s）→排胶（100 ℃）→开炼机下片→浸隔离剂→吹干冷却→收胶。

模拟室温和夏季高温环境下的试样分别在温度为23和35 ℃的恒温恒湿箱内停放设定的时间。所有试样从恒温恒湿箱内取出后，需在21～25 ℃的环境中放置4 h。

1.4.2 硫化

胶料在平板硫化机上进行硫化，硫化条件为170 ℃×10 min，硫化完成后需在21～25 ℃的环境中静置16 h，再进行裁片、测试。

1.5 性能测试

胶料性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 带束层胶

2.1.1 门尼粘度和门尼焦烧时间

停放条件对带束层胶门尼粘度和门尼焦烧时间的影响如表1所示。

表1 停放条件对带束层胶门尼粘度和门尼焦烧时间的影响

由表1可以看出：随着停放时间的延长，无论在室温环境还是高温环境下，胶料的门尼粘度均呈现增大趋势；在室温环境下，停放21 d的胶料的门尼粘度出现较为明显地增大，而在高温环境下，停放14 d的胶料的门尼粘度出现较为明显地增大，高温环境下胶料门尼粘度明显增大所需的存放时间缩短；停放时间相同时，室温环境下胶料的门尼粘度低于高温环境下胶料的门尼粘度。分析认为，胶料在停放过程中产生了一定程度的早期交联，形成了网状结构，降低了胶料的流动性，且高温下的交联反应强于室温下的交联反应。

从表1还可以看出，随着停放时间的延长，胶料的门尼焦烧时间逐渐缩短，且停放时间相同时，高温环境下胶料的门尼焦烧时间较短。

2.1.2 硫化特性

停放条件对带束层胶硫化特性（170 ℃）的影响如表2所示。

表2 停放条件对带束层胶硫化特性的影响

从表2可以看出：在室温环境和高温环境下，随着停放时间的延长，胶料的FL均呈增大趋势，且高温环境下FL增幅更大，这与门尼粘度变化规律相一致；Fmax逐渐减小；t30，t60和t90有轻微变化，t90略有延长，原因是带束层胶中添加了炭黑，在停放过程中炭黑吸附促进剂，导致t90延长。

2.1.3 物理性能

停放条件对带束层胶物理性能的影响见表3。

表3 停放条件对带束层胶物理性能的影响

从表3可以看出，随着停放时间的延长，带束层胶的物理性能变化不大，且室温环境和高温环境下相差也不大，这说明停放时间和环境温度对带束层胶的物理性能几乎没有影响。

2.2 胎面胶

2.2.1 门尼粘度和门尼焦烧时间

停放条件对胎面胶门尼粘度和门尼焦烧时间的影响如表4所示。

表4 停放条件对胎面胶门尼粘度和门尼焦烧时间的影响

从表4可以看出：随着停放时间的延长，室温环境和高温环境下的胎面胶的门尼粘度均逐渐增大；在室温环境下，停放14 d的胶料的门尼粘度达到72，超出门尼粘度控制范围，而在高温环境下，停放7 d的胶料的门尼粘度已达到75，超出门尼粘度控制的上限，高温环境下胶料门尼粘度超标所需的停放时间明显缩短。分析认为，胶料在停放过程中产生了一定程度的早期交联，形成了网状结构，降低了胶料的流动性，导致门尼粘度增大。

从表4还可以看出，随着停放时间的延长，胎面胶的门尼焦烧时间逐渐缩短，且停放时间相同时在高温环境下胶料的门尼焦烧时间更短。

2.2.2 硫化特性

停放条件对胎面胶硫化特性（170 ℃）的影响如表5所示。

表5 停放条件对胎面胶硫化特性的影响

从表5可以看出：随着停放时间的延长，在室温环境和高温环境下胎面胶的FL均逐渐增大，且高温环境下其增幅较大；Fmax逐渐减小；停放时间超过7 d后，t90略微缩短，原因是胎面胶中添加了白炭黑和返回胶对t90有影响；高温环境下胶料的t90更长。

2.2.3 物理性能

停放条件对胎面胶物理性能的影响如表6所示。

表6 停放条件对胎面胶物理性能的影响

从表6可以看出：随着停放时间的延长，室温环境和高温环境下胎面胶的定伸应力差异不大，这说明停放时间和环境温度对胎面胶的定伸应力影响不大；拉伸强度和拉断伸长率逐渐减小，且在室温环境下，拉伸强度和拉断伸长率在停放14 d时明显降低，在高温环境下，拉伸强度和拉断伸长率在停放7 d时明显降低。

3 结论

（1）在室温环境和高温环境下，带束层胶和胎面胶的门尼粘度均随停放时间的延长而逐渐增大，且环境温度越高，增大趋势越明显。

（2）在室温环境和高温环境下，带束层胶和胎面胶的门尼焦烧时间均随停放时间的延长而缩短，且在高温环境下，门尼焦烧时间更短。

（3）在室温环境和高温环境下，随着停放时间的延长，带束层胶的FL逐渐增大，且高温环境下增幅更大，Fmax逐渐减小，t90略有延长；胎面胶的FL逐渐增大，Fmax逐渐减小，停放时间超过7 d后，t90略微缩短，且在高温环境下停放的胶料的t90更长。

（4）停放时间和停放温度对带束层胶的物理性能几乎没有影响；对胎面胶的定伸应力影响不大，胎面胶的拉伸强度和拉断伸长率随着停放时间的延长而减小，且高温环境下胎面胶的拉伸强度和拉断伸长率较小。