浅谈“辐照硫化轮胎过渡层及气密层胶料”评价试验方法的建立

第１期　吕春军：浅谈“辐照硫化轮胎过渡层及气密层胶料”评价试验方法的建立　３５　浅谈“辐照硫化轮胎过渡层及气密层胶料”　评价试验方法的建立　

吕春军　口／Ｅ　半　（杭州朝阳橡胶有限公司，浙江杭州３１００１８）　

摘要：：橡胶用电子束辐照硫化，拟对辐照后轮胎过渡层及气密层胶料进行试验评价，选出灵敏度　高的试验方法作为引进辐照设备后的质量监控手段，为引进辐照设备做前期准备。　关键词：橡胶；辐照；硫化；试验　ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００７－２２１７．２０１３．０１．０１１　

橡胶的辐照硫化始于２０世纪４０年代后期，　１９５０年前后，Ａ．Ｃｈａｒｌｅｓｂｙ等人对橡胶的辐照硫化　进行了广泛的研究。６０年代初，Ｉ　Ｋｅｍｐ发明了辐　照硫化胶乳制造海绵橡胶的专利　］，６０年代我国　北京橡胶研究所、晨光化工研究院和上海科技大　学等单位也开展了天然胶乳辐照硫化的研究口］。　目前．轮胎已发展到“新概念技术”期，世界上各大　轮胎公司都投入巨额的研发资金，不遗余力地开　发新的生产技术和新一代的轮胎产品。轮胎行业　正向低能耗、高效率、高质量、高精度、全自动化和　安全环保的方向发展。众多的轮胎厂家如ＢＳ、　ＹＨ、Ｃｏｎｔｉ、ＧＹ等都引进了辐照设备，对半制品进　行辐照硫化，以实现轮胎的轻量化，降低成本，提　高品质。　橡胶用电子束辐照硫化与普通的热硫化相　比，具有如下优点：（１）可在低温下快速连续地进　行硫化。（２）交联的程度可通过调整电子束来实现　且操作简便。日前杭州朝阳橡胶公司计划采用该　技术．委托日本ＮＨＶ公司进行了测试性的ＥＢ辐　照。我实验室试验对不同辐照剂量的胶料性能进　行评价．为此拟对轮胎过渡层及气密层胶料的辐　照硫化进行应用研究，选择出最佳辐照剂量，并建　立试验评价方法。　１．２实验设备　辐照装置：ＣＮＥ一５００，日新高电压工程株式会　社（ＮＨＶ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ），日本、京都府。　密闭式流变仪ＭＤＲ２０００，美国阿尔法公司；　门尼试验机ＭＶ２０００，美国阿尔法公司；电子拉力　机ＧＴ—ＴＣＳ一２０００．高铁检测仪器（东莞）有限公　司：自粘试验机ＰＩＣＭＡ　ＴＡＣＫⅡ（日本）。　１．３实验条件　１．３．１　ＥＢ辐照条件　剂量：０、３０、４０、５０、６０、７０　ｋＧｙ；　加速电压：４００　ｋＶ。　１．３．２评价项目及试验条件［　］　（１）门尼粘度试验ＭＬＩ＋４＠１００℃；　（２）焦烧试验ＭＬ５ｕｐ＠１２７℃；　（３）流速试验１５１℃×６０　ｒａｉｎ、１８５℃ｘ３　ｒａｉｎ；　（４）未硫化胶拉伸试验拉伸速度１００　ｍｍ／分；　（５）粘陛试验测试装置Ｐｉｃｍａ－］Ｉ、负重５Ｎ。　上升速度１２５　ｃｍ／ｍｉｎ，下降速度５０　ｃｍ／ｍｉｎ。　自粘：同种胶辐照面问粘合。　互粘：过渡层与钢丝帘布间粘合、气密层与过　渡层粘合。　

２结果与讨论　１　实验材料、设备及条件　２一ｆ　的是橡胶对转子所施加的　１．１实验材料　粘性阻力，与胶料分子量分布具有相关性，数　经过挤出及定型的过渡层胶料Ａ和气密层　据的大小表示其加工性能。一般结果表示为　胶料Ｅ。　５０　ＭＬ（１＋４）１００℃，其中１００　ｃｌｃ为试验温度，　

收稿日期：２０１２—１０—１６　３６　杭州化工　２０１３年３月２０１３．４３（１）　５０　Ｍ——粘度，以门尼值为单位，Ｌ——门尼　大转子，１——预热ｌｍｉｎ，４——转动（试验）４　ｍｉｎ。　

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０　１０　２０　３Ｏ　４０　５Ｏ　８０　７０　Ｂ０　辐照剂￣／ｋＧｙ　

图１　过渡层Ａ门尼粘度值与辐照剂量趋势图　

Ｏ　１Ｏ　２０　３０　４０　５０　ｅＯ　７Ｏ　ｅＯ　辐照剂￣／ｋＧｙ　

图２　气密层Ｅ门尼粘度值与辐照剂量趋势图　注：０．０８３　Ｎ．ｍ的转矩相当于一个门尼值单位。　

从图１、图２可知，随着辐照剂量的增加，　过渡层Ａ和气密层Ｅ二种配方的粘度均呈增　加趋势。　２．２焦烧评价　焦烧是橡胶硫化历程的初始阶段，是胶料加　工过程的早期硫化，反映的是未硫化橡胶初期硫　化特性。数据表示热硫化开始前的延迟作用时间，　相当于硫化反应中的诱导期。　Ｔｓ５——试验从开始到胶料粘度下降至最小　值后再上升５个门尼值所对应的时间。　Ｔｓ３５——试验从开始到胶料粘度下降至最小　值后再上升３５个门尼值所对应的时间。　过渡层Ａ为ＮＲ系的配方辐照后比未辐照焦　烧时间缩短，见图３。气密层Ｅ中含有Ｂｒ—ＩＩＲ配　方，随着辐照剂量的增加，焦烧时间有所延迟，见　图４。原因在于．Ｂｒ—ＩＩＲ为降解型聚合物，接受辐　照以后。分子链发生断裂。　Ｏ　１Ｏ　２０　３０　４０　５０　６０　７０　８０　辐照剂量／ｋＧｖ　图３过渡层Ａ焦烧时间与辐照剂量趋势图　０　１０　２０　３０　４０　５０　８０　７０　８０　辐照剂量／ｋＧｙ　图４气密层Ｅ焦烧时间与辐照剂量趋势图　２．３流速评价　硫化仪的基本原理是通过测量胶料在加热过　程中往复剪切变形时的阻力（力矩）变化，表征胶　料与加热硫化过程有关的性能变化情况：初始硫　化时间Ｔ１０、正硫化时间Ｔ９０、硫化平坦期和过硫　状态等。　图５、图６为１５１℃×６０　ｍｉｎ条件下的硫化仪　结果，１８５℃×３　ｍｉｎ条件下的结果趋势与之相同。　

０　１０　２０　３０　４０　５０　ｅｏ　７０　８０　辐照剂量／ｋＧｙ　

图５过渡层Ａ硫化时间Ｔ１０值与辐照剂量趋势图　

笛　侣　伯　０　ｌⅧ、厦雷　∞　筠　∞　侣　仲　５　０　一ｕｖ宦官　

¨　拈　砧　¨　柏　迥越冀　￡　第ｌ期　吕春军：浅谈“辐照硫化轮胎过渡层及气密层胶料”评价试验方法的建立　３７　２７。　痞２∞　

０　ｔ０　２０　３０　４０　５０　６ｏ　７０　ＢＯ　辐照剂Ｉ／ｋＧｙ　

图６气密层Ｅ硫化时间Ｔ１０值与辐照剂量趋势图　

与焦烧情况相同，硫化初期的Ｔ１０，气密层Ｅ　配方为延迟趋势。过渡层Ａ与气密层Ｅ的正硫化　时间Ｔ９０均缩短。两者转矩的变化不大，但是随　着辐照剂量的增加，成略减趋势。　２．４未硫化胶的拉伸性能评价　对辐照后的试样在恒速移动（１００　ｍｍ／ｍｉｎ）　拉力机上将哑铃状试样进行拉伸，以测定：断裂拉　伸强度ＴＳｂ——试样拉伸至断裂时刻所记录的拉　伸应力。　定伸应力Ｓｅ——拉伸试样时，其标距达到规　定伸长时的拉伸应力（本试验取１００％、３００％　定伸）。　扯断伸长率Ｅｂ——试样在给定拉伸应力下　的伸长率。　永久变形Ｓｂ——将断裂后的试样在试验环　境下停放３　ｍｉｎ后测量两平行标线间距离Ｌｔ，按　Ｓｂ＝１００（Ｌｔ—Ｌｏ）／Ｌｏ；Ｌｏ——初始试验长度，见　图７、８。　

Ｏ　１０　２０　３０　４０　５０　６０　７０　８０　辐照剂量／ｋＧｙ　

图７过渡层Ａ定伸应力、拉伸强度与辐照剂量　趋势图　

０　１Ｏ　２０　３０　４０　５ｏ　６０　７０　８０　辐照剂量／ｋＧｙ　

图８　气密层Ｅ定伸应力、拉伸强度与辐照剂量　趋势图　

１００％、３００％定伸、ＴＳｂ随着辐照剂量的增　加而增加，Ｅｂ则减少，见图９、１０。　

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０　１０　２０　３０　４０　５Ｏ　８０　７０　８０　辐照剂量／ｋＧｙ　

图９过渡层Ａ伸长率与辐照剂量趋势图　

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０　１０　２０　３０　４０　５０　８０　７０　ａＯ　辐照剂量／ｋＧｙ　

图１Ｏ气密层Ｅ伸长率与辐照剂量趋势图　

随着辐照引起的硫化反应的推进，辐照的剂　量增加，永久变形Ｓｂ减小，见图１１、１２。　

＼　想晕覃｝，　母　喽龆　３８　杭州化工　２０１３年３月２０１３．４３（１）　Ｏ　１Ｏ　２０　３０　４０　５０　６０　７０　８０　辐照剂量／ｋＧｙ　图１ｌ　过渡层Ａ永久变形与辐照剂量趋势图　０　１Ｏ　２０　３０　●Ｏ　５０　６０　７０　８０　辐照剂量／ｋＧｙ　图ｌ２　气密层Ｅ永久变形与辐照剂量趋势图　２．５粘性测定　粘性测试采用对接粘性试验方法，将一片被　测试样固定在一个轮状夹持器上，形成一个固定　曲率半径的曲面。另一片被测试样自然平放在轮　状夹持器的正下方，由一个压块固定。压块的中间　露出试样待测表面，当轮状夹持器带着被测试样　以设定的速度下行，与下方的被测试样以荷重５Ｎ　压合接触面，紧密接触一段时间，分离试样，记录　分离所需力的最大应力值。　粘着力与２个因素相关联：接触面表面的粘　着力：试样整体的硬度（未硫化胶的Ｍｏｄ）。　自粘：同是辐照面的同种胶。此外，考虑到成　型时的对象面是过渡层Ａ，所以选择了两种情况　的互粘试验：过渡层Ａ的辐照面与帘布（未辐　照），气密层Ｅ的辐照面与过渡层Ａ的未辐照面。　曼　鲁　Ｚ　一　＼　｝圜　粑　啮　糖　０　１Ｏ　２０　３０　４０　５０　６０　７Ｏ　８０　辐照剂量／ｋＧｙ　图１３过渡层Ａ粘着力值与辐照剂量趋势图　

０　１０　２０　３０　４０　５０　８０　７０　８Ｏ　辐照剂量／ｋＧｙ　

图１４　气密层Ｅ粘着力值与辐照剂量趋势图　

２．５．１　接触面表面的粘着力　关于接触面表面的粘着力，其表面聚合物　的分子链越短，则粘着力越高；但如果表面发生　胶料配合剂喷霜的现象，则粘着力下降。一方面　由于辐照，暴露在空气中的ＮＲ、ＳＢＲ、ＢＲ的最　表层发生Ｃ・Ｃ结合：而像Ｂｒ—ＩＩＲ这类降解型的　聚合物分子链发生断裂，所以其粘着力均有所　增加　另一方面，由于辐照时温度上升的影响，　防老剂、石蜡等都会在表面发生喷霜，还有一些　含有不溶性硫的配方．在辐照影响下，可溶性硫　向不溶性硫转变，从而在表面发生喷霜，致使粘　着力减少。树脂类发生喷霜时，容易使粘着力　上升。　根据上述２点因素（分子链断裂、胶料配合　剂喷霜）产生时的程度，辐照后的粘着力会有所　增减　

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