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三元乙丙橡胶在斜交轮胎硫化用橡胶制品中的应用
董秀玲，张元赞，于信伟，程跃伟，刘 娟
（三角轮胎股份有限公司，山东威海 ２６４２００）
摘要：研究三元乙丙橡胶（ＥＰＤＭ）在斜交轮胎硫化用橡胶制品中的应用情况。结果表明：在斜交轮胎硫化用橡胶制品配方中添加一定量的ＥＰＤＭ，虽然胶料的物理性能有所下降，但能满足要求，胶料的耐热老化性能大幅提高，橡胶制品使用寿命延长，生产成本降低。
关键词：三元乙丙橡胶；斜交轮胎；硫化；橡胶制品；耐老化性能；使用寿命；生产成本
中图分类号：ＴＱ３３３．４；ＴＱ３３６．１＋５／＋９ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００６－８１７１（２０１４）０５－０２９３－０３
随着轮胎原材料价格普涨，斜交轮胎生产成本增大，为降低生产成本，提高斜交轮胎生产用橡胶制品的利用率、降低辅助材料消耗，是目前配方技术人员需要改进的一项工作。用于斜交轮胎生产的橡胶制品主要涉及橡胶模垫、硫化用水胎嘴子垫等。由于橡胶模垫和硫化用水胎嘴子垫均是在长时间高温、高压条件下使用的，要求所用胶料具有较好的耐热氧老化性能和耐压缩永久变形性能。目前，斜交轮胎生产用橡胶制品的基础原材料主要是天然橡胶（ＮＲ），由于其是高不饱和橡胶，耐热、耐臭氧和耐天候老化性能较差，致使橡胶制品使用寿命受到严重影响。
三元乙丙橡胶（ＥＰＤＭ）是乙烯、丙烯和少量非共轭二烯烃的共聚物，是一种低不饱和橡胶，相对于ＮＲ而言具有耐热、耐臭氧和耐天候老化性能优良的特点。但ＥＰＤＭ硫化速度慢，粘合性能差，加入炭黑后不易混炼，加工性能不好。一定条件下，在ＮＲ中掺入一定量的ＥＰＤＭ，不仅可以改善胶料的加工性能，还能显著提高硫化胶的耐热性能与耐天候老化性能。
本工作将ＮＲ与ＥＰＤＭ并用，探讨最佳并用比，以期延长斜交轮胎硫化用橡胶制品使用寿命。
１ 实验
１．１ 主要原材料
ＥＰＤＭ，牌号６２５０，第三单体为５－亚乙基－２－降冰片烯，朗盛化学公司产品；ＮＲ，ＳＭＲ２０，马来西亚产品；炭黑Ｎ３３０，河南双信股份有限公司产品；防老剂４０２０，泰安圣奥化工有限公司产品；防老剂ＲＤ和促进剂ＴＭＴＤ，威海荣成化工总厂有限公司产品；硫化剂ＤＣＰ，莱茵化学青岛有限公司产品。
１．２ 配方
１＃试验配方：ＮＲ／ＥＰＤＭ ７０／３０，炭黑Ｎ３３０ ５０，氧化锌 ５，硬脂酸 ２，硫化剂ＤＣＰ ２，硫黄 ０．３，促进剂ＴＭＴＤ ２，其他 ５。
２＃试验配方：ＮＲ／ＥＰＤＭ ５０／５０，炭黑Ｎ３３０ ５０，氧化锌 ５，硬脂酸 ２，硫化剂ＤＣＰ ２，硫黄 ０．３，促进剂ＴＭＴＤ ２，其他 ５。
３＃试验配方：ＥＰＤＭ １００，炭黑Ｎ３３０ ５０，氧化锌 ５，硬脂酸 ２，硫化剂ＤＣＰ ６，硫黄 ０．３，其他 ５。
生产配方：ＮＲ １００，炭黑Ｎ３３０ ５０，氧化锌 ５，硬脂酸 ２，硫黄 ０．３，促进剂ＴＭＴＤ ２．７，其他 ７．６５。
１．３ 主要设备和仪器
ＸＫ－１６０型开炼机，上海橡胶机械厂产品；ＸＬＢ－Ｑ４００×４００×２型平板硫化机，上海第一橡胶机械厂产品；ＯＤＲ２０００型硫化仪和Ｔ２０００型拉力机，美国孟山都公司产品。
１．４ 试样制备
１．４．１ 小配合试验
生胶在ＸＫ－１６０型开炼机上薄通后，包辊，再按常规混炼方法加入配合剂，混炼均匀后下片。
１．４．２ 大配合试验
胶料在ＧＫ２７０型密炼机上采用两段混炼工艺混炼。一段混炼加料顺序为：生胶→小料→炭黑→下片，停放４ｈ；二段混炼加料顺序为：一段混炼胶→促进剂、硫化剂→下片，冷却停放。
１．５ 性能测试
各项性能均按照相应国家或企业标准进行测试。
２ 结果与讨论
２．１ 小配合试验
小配合试验结果如表１所示。
从表１可以看出：与生产配方相比，采用ＥＰＤＭ等量部分替代ＮＲ后，随着ＥＰＤＭ用量的增大，并用胶物理性能下降，这一方面可能是ＥＰＤＭ硫化胶本身物理性能较差，ＥＰＤＭ用量的增大使并用胶两相分散状态发生变化，由以ＮＲ为连续相过渡到以ＥＰＤＭ为连续相，并用胶物理性能下降；另一方面可能受到并用胶分散结构的影响。ＥＰＤＭ／ＮＲ并用比为５０／５０时，胶料的定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率及老化后性能保持率等物理性能均很差，这可能是由于ＮＲ和ＥＰＤＭ形成了各自连续的层状结构，二者不相容的特点决定其界面间相互作用微弱，因此共混胶物理性能变差。根据橡胶模垫、硫化用水胎嘴子垫使用特点，胶料需要适中的硬度、拉伸强度、拉断伸长率以及较低的拉断永久变形、优异的耐老化性能，综合胶料物理性能与加工性能，１＃试验配方最符合配方设计要求。
２．２ 大配合试验
根据小配合试验结果，选用１＃试验配方进行大配合试验，结果如表２所示。
从表２可以看出，１＃试验配方的定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率低于生产配方，拉断永久变形总体略高于生产配方，但胶料老化后性能变化率明显小于生产配方，说明１＃试验配方胶料的耐老化性能大幅提高。将大、小配合试验结果进行对比可知两者基本保持一致，１＃试验配方能够满足橡胶模垫、硫化水胎嘴子垫胶料的物理性能要求。
２．３ 斜交轮胎硫化用橡胶制品成品性能
选用１＃试验配方试制斜交轮胎硫化用橡胶制品，并与正常生产用制品进行使用寿命对比，结果如表３所示。
从表３可以看出，与正常生产用橡胶制品相比，采用１＃试验配方试制的斜交轮胎硫化用橡胶制品的使用寿命大幅提高，可达到正常生产用橡胶制品的２倍左右。
２．４ 成本分析
在斜交轮胎硫化用橡胶制品配方中添加一定量的ＥＰＤＭ，按照公司目前斜交轮胎硫化用橡胶制品的年产量与使用寿命计算，每年可节约成本约１０万元，具有明显的经济效益。
３ 结论
在斜交轮胎硫化用橡胶制品配方中添加一定量的ＥＰＤＭ，胶料的定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率有所降低，但能满足物理性能要求且耐老化性能明显改善，斜交轮胎硫化用橡胶制品的使用寿命可提高１倍左右，大大降低了生产成本，具有可观的经济效益。
