金振涣，江 伟，陈 生，胡金龙

（中策橡胶集团有限公司，浙江 杭州 310018）

现代充气轮胎是由许多专用部件组成并经过巧妙设计的产品。轮胎气密层的作用是密封空气，以使从轮胎中扩散出的空气量减至最小。气密层有助于保持轮胎适当的充气压力、减小滚动阻力，提高耐久性能、操纵性能和行驶性能，阻止轮胎内的氧气和水蒸气渗透，防止轮胎部件氧化和钢丝帘线腐蚀。溴化丁基橡胶（BIIR）的低透气性能和透水性能、高耐热性能和耐屈挠性能以及能够与高不饱和橡胶共硫化的综合性能使其成为轮胎气密层胶的主要胶种[1-4]。

EXXPRO1603是埃克森美孚化工公司开发的一种新型特种弹性体，它是一种溴化聚合物，由异丁烯和对甲基苯乙烯（PMS）共聚制得，溴化反应选择性地发生在PMS的甲基基团上，提供活性苄基溴官能团，EXXPRO1603具体分子结构见图1。与其他BIIR相比，EXXPRO1603分子链完全饱和，溴化对甲基苯乙烯基团的加入增大了橡胶分子间的空间位阻，使气体更加难以透过。

图1 EXXPRO1603的分子结构式

在全钢子午线轮胎使用过程中，由于轮胎滚动变形生热以及压缩胎里空气，胎里温度急剧上升。根据市场调查，目前很多物流公司为追求送货的时效性和车辆的运转率，实行甩挂方法，使得车头轮胎（导向轮、驱动轮）使用时间在18 h·d-1以上，平均行驶5 h左右进服务区休息，导致气密层长期在高温条件下工作，因此，气密层在高温条件下的气密性尤为重要。

本工作研究EXXPRO1603在全钢子午线轮胎气密层胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），STR20，泰国产品；BIIR2222和EXXPRO1603，埃克森美孚化工公司产品；炭黑N660，上海卡博特化工有限公司产品。

1.2 试验配方

全BIIR胶料配方：BIIR 100，炭黑N660 50，其他 30.9，合计 180.9。配方1和2中的BIIR分别为EXXPRO1603和BIIR2222。

BIIR/NR并用胶配方：NR 20，BIIR 80，炭黑N660 50，其他 29.1，合计 179.1。配方3和4中的BIIR分别为EXXPRO1603和BIIR2222。

1.3 主要设备和仪器

PHM-2.2型1.8 L密炼机，璧宏机械工业股份有限公司产品；SK-160型开炼机，无锡第一橡塑机械设备有限公司产品；XLB-400×400型平板硫化机，湖州宏侨橡塑机械有限公司产品；MV2000门尼粘度仪和MDR2000型无转子硫化仪，美国阿尔法科技有限公司产品；XY-1型橡胶硬度计，北京化工机械厂产品；GT-TCS-2000型拉力试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品；EPLEXOR 500N型粘弹谱仪，德国GABO公司产品；VAC-V2型气密性检测仪，济南兰光机电技术有限公司产品。

1.4 试样制备

胶料分两段混炼，一段混炼在密炼机中进行，转子转速为40 r·min-1，温控水温度设定为60 ℃；二段混炼在开炼机上进行。

一段混炼工艺如下：密炼室温度达到60 ℃时加入生胶（30 s）→炭黑及小料（升温至95 ℃）→操作油（升温到130 ℃）→排胶。

二段混炼工艺如下：加入一段混炼胶混炼均匀→硫黄和促进剂，左右切割各3次→手动交替打卷和三角包各5次→出片。

胶料在室温下放置24 h后，采用无转子硫化仪测定硫化曲线，温度为151 ℃。胶料在平板硫化机上硫化，硫化条件为151 ℃×（t90+2 min）。

1.5 性能测试

为了提高重现性，每个配方胶料进行3次测试，取平均值。

（1）物理性能。各项性能均按相应国家或企业标准进行测试，撕裂强度采用新月形试样。

（2）动态力学性能。采用粘弹谱仪在拉伸模式、频率为20 Hz、拉伸率为（10%±0.25%）条件下测定损耗因子（tanδ）。

（3）气密性。为验证试验气密层胶在实际使用过程中的温度，利用室内机床模拟轮胎实际使用情况，将智能芯片贴于轮胎气密层上，试验轮胎为12R22.5 18PR导向轮胎，按照企业室内耐久性试验条件（见表1）测试耐久性试验过程中气密层胶表面温度及压力变化。

表1 室内耐久性试验条件

为模拟试验气密层实际使用情况，气密性测试条件设定如下：测试模式 模糊测试，抽真空时间6 h，压力 300～600 Pa，测试常温条件下老化前后以及高温条件下胶料的透气率。

2 结果与讨论

2.1 全BIIR配方

2.1.1 硫化特性

Fmax-FL在一定程度上可以表征硫化胶的交联程度，其值越大，交联程度越高；FL可反映胶料的加工流动性。

全BIIR配方胶料的硫化特性见表2。

由表2可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，胶料的门尼粘度略有增大，门尼焦烧时间有所延长，Fmax-FL增大，FL基本不变，t10和t90有所延长，结果表明使用EXXPRO1603后胶料的交联程度和加工安全性提高。

表2 全BIIR配方胶料的硫化特性

2.1.2 物理性能

全BIIR配方硫化胶的物理性能测试结果如表3所示。

由表3可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222后，硫化胶的拉伸强度相当，硬度和定伸应力明显提高。这是由于EXXPRO1603中含有PMS基团。

表3 全BIIR配方硫化胶的物理性能

2.1.3 动态力学性能

在橡胶行业中，通常用动态力学性能中60 ℃时的tanδ来评估轮胎的滚动阻力，60 ℃时的tanδ越小，滚动阻力越低。配方1和2硫化胶在60 ℃时的tanδ分别为0.267和0.265。可见在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化胶60 ℃时的tanδ有所增大，但增幅很小，这也是由EXXPRO1603中含有的PMS基团导致的。

2.1.4 气密性

测试时间和负荷对气密层表面温度和压力的影响如表4所示。

表4 测试时间和负荷对气密层表面温度和压力的影响

由表4可以看出，随着耐久性测试时间的延长及负荷的增大，气密层表面温度和压力急剧上升，临近损坏时气密层表面温度达到115 ℃，胎里压力由930 kPa上升至1 220 kPa。

根据轮胎实际使用情况，测试了硫化胶常温（23 ℃）和高温（50和70 ℃）下的气密性，结果如表5所示。

由表5可以看出，在全BIIR配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，不同测试条件下硫化胶的透气率均有所减小，高温下尤为明显，70 ℃下胶料的透气率减小幅度达到20%。

表5 全BIIR配方胶料透气率测定结果10-14cm2·（Pa·s）-1

2.2 BIIR/NR并用配方

2.2.1 硫化特性

BIIR/NR并用胶的硫化特性见表6。

表6 BIIR/NR并用胶的硫化特性

由表6可以看出：在BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，胶料的门尼粘度略有增大，门尼焦烧时间有所延长，加工安全性提高；Fmax-FL增大，交联程度提高，FL基本不变，t10和t90有所延长，这与全BIIR配方胶料的变化趋势相同。

2.2.2 物理性能

BIIR/NR并用胶的物理性能测试结果如表7所示。

表7 BIIR/NR并用胶的物理性能

由表7可以看出，在BIIR/NR并用配方中使用EXXPEO1603等量替代BIIR2222，硫化胶的拉伸强度有所下降，硬度、定伸应力和拉断伸长率提高，撕裂强度不变。这是由于相较于BIIR2222，EXXPRO1603中的PMS基团与NR的相容性较差，使得NR与EXXPRO1603相分散较差，从而导致硫化胶的拉伸强度降低。

2.2.3 动态力学性能

BIIR/NR并用配方3和4硫化胶在60 ℃时的tanδ分别为0.225和0.224。可以看出，BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化胶60 ℃时的tanδ略有增大，这与全BIIR配方硫化胶的变化趋势相同。

2.2.4 气密性

BIIR/NR并用胶的气密性测试结果见表8。

由表8可见，在BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，硫化胶的透气率大幅减小，这与全BIIR配方硫化胶的变化趋势相同。

表8 BIIR/NR并用胶的透气率测定结果10-14cm2·（Pa·s）-1

3 结论

本工作研究EXXPRO1603在全钢子午线轮胎气密层胶中的应用。结果表明：在全BIIR配方和BIIR/NR并用配方中使用EXXPRO1603等量替代BIIR2222，胶料的交联程度和加工安全性提高，硫化胶的物理性能变化不明显，气密性，尤其是高温条件下的气密性显著提高。以EXXPRO1603替代BIIR2222用于全钢子午线轮胎气密层胶中，可降低轮胎充气压力损失率，减少氧气和水蒸气的渗透，延长轮胎使用寿命。