轮胎硫化胶囊

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1、轮胎硫化胶囊 轮胎硫化胶囊（后面简称胶囊）主要是轮胎硫化 的一个工具。材质为丁基橡胶。相当于轮胎模具 的内模。胶囊根据硫化机、夹具不同，分为不同 型号：斜交A型、斜交B型、斜交AB型、子 午A型（成为RA ）、子午B型（RB）和子午 AB型（RAB）。其作用主要在轮胎硫化过程中 内部充压缩气、充氮气或充过热水等。使其伸张， 撑起轮胎胶胚形成内压硫化轮胎。其优点为导热 快，效率高，劳动强度低，操作简便。胶囊在硫化轮胎时有一定的伸张比，一般径向伸 张R=外胎胎里直径（DK）/胶囊原始状态直径（DB）。斜交胎B型胶囊径向伸张取值为 1.6-1.85,斜交胎A型与B型伸张比相似。子午 胎取值为1.10

2、-1.15,允许值为1.05-1.20。在胶囊 和轮胎的选型时除了胶囊直径外还有一个重要 条件需要注意就是胶囊断面周长。胶囊断面周长 伸张L=外胎断面内轮廓周长/胶囊断面周长。胶 囊的断面周长伸张应尽可能小，与轮胎内轮廓的 伸张不应超过20%，一般轻型载重轮胎B型胶 囊的断面周长为1.08-1.15%。重型轮胎断面周长 伸张值为1.02-1.04, A型胶囊断面周长伸张值较 大，斜交、子午胎均为1.1-1.15左右。胶囊是反 复伸张的工作条件。所以使用寿命除了高伸张也 受到高温和耐氧化情况，即轮胎公司过热水的除 氧情况。这个是有具体指标规定的。一般为过热 水氧指数含量不超过0.05PPm（氮气

3、硫化除外）。 轮胎硫化胶囊配方思路胶囊使用温度一般为180-200度。接触的介质主 要是过热水，过热蒸汽，压缩空气或者氮气。胶 囊伸张比很大尤其是斜交类型的胶囊。 所说义针 对以上我们胶囊配方设计思路为耐高温，高伸 张，耐氧化，高伸张后的还原性即扯断永久变形。 思路分析为：高温达不到就是直接导致硫化胶囊 的使用寿命折损。伸张和扯断永久变形是想关联 考虑的，伸张太低有损使用寿命。伸张太高由于 应力松弛回原性下降，所以在保证扯断伸长率的 前提下也要保证含胶率，交联密度和胶料的强 度。如果胶囊伸张以后不能很快的恢复可能造成 胶囊打折现象。所以胶囊就是针对耐高温，高强 度，高伸张，低扯断永久变形考虑设

4、计。1. 生胶的选择： 国内胶囊公司大都采用不饱和度1.5% 2%之间的丁基橡胶。大多数公司采用拜耳，埃克森或 者JSR的268或者301牌号丁基。但是人们往往有一个误区，认为是一个牌号的丁基橡胶其性 能是相同的，其他的一些指标也是一样的。其实 不然，拜耳、埃克森的268牌号丁基是门尼粘度 71 -80,非污染型橡胶。JSR公司的268则是门 尼粘度41 -50,非污染型橡胶。JSR所对应的 拜耳、埃克森的牌号则是265型。但是国内丁基 硫化胶囊的生产厂家都是采用三个厂家的268进行同一个工艺的操作。俄罗斯生产的 1675和 国内燕化的1751牌号丁基属于是不饱和度1.6% 2%的橡胶，是属于

5、门尼粘度 75的污染型橡 胶。市场的价格国内和俄罗斯的丁基比其他国家 的便宜近一万左右，有的时候价格相差更是离 谱。国内的丁基橡胶原来出现不稳定现象但现在 我国的丁基橡胶的稳定性已经提高。其物理性能 和其他国家的丁基也几乎持平。我认为完全可以 用国内丁基代替或部分代替国内丁基生产胶囊， 以降低成本。2. 轮胎硫化胶囊的硫化体系： 丁基一般米用硫磺，醌钨或者树脂硫化。但是鉴 于使用条件一般采用树脂硫化。硫化树脂一般为 酚醛树脂，不得不提到酚醛树脂临位羟甲基含量 对酚醛树脂硫化性能有很大影响。当羟甲基含量 小于%时，酚醛树脂缺乏交联能力，不能进行硫 化，胶料一直出于未硫化状态。只有当临位羟甲 基含

6、量达6%以上时，它才具有正常的交联能力。 树脂硫化丁基常用树脂有：对叔丁基酚醛树脂， 含羟甲基811%，如2402树脂，101B树脂等； 对叔辛基酚醛树脂。如 Amberol ST-137、 SP-1045等；烷基酚醛树脂，如 R17152等；酚 醛树脂2123;溴甲基对叔丁基酚醛树脂，如SP-1055, SP-1056 溴化酚醛树脂 201 等；2，6- 羟二甲基-4-氯苯酚树脂，如YDO等。介于2402 树脂硫化速度缓慢大都米用对叔辛基酚醛树脂， 或溴甲基对叔丁基酚醛树脂。试验证明溴甲基对 叔丁基酚醛树脂硫化速度最快，对辛基酚醛树脂 其次。溴化酚醛树脂不但可以快速硫化，且硫化 胶物性好，老

7、化后硬度变化也小。试验表明溴化 酚醛树脂用量为412份范围内，丁基橡胶硫化 胶性能随树脂用量增加而变化：硫化速度加快， 硫化胶硬度和定伸应力增大，扯断伸长率降低。 树脂用量超过8份时，对上述性能影响不大，一 般为8份为好。树脂硫化我没见过什么高效促进 剂，但是一般都要加卤化物来提高活性。一般的 活性剂一般为：金属氯化物，如氯化亚锡、氯化 铁，一般用量为1.52.5份；含卤聚合物，如氯 丁橡胶、氯磺化聚乙烯、聚氯乙烯、溴化丁基橡 胶等，一般用量为510份。鉴于金属氯化物会 降低较量耐焦烧时间，胶料易粘棍，分散不均， 且腐蚀辊筒所以一般不予使用。丁基老化属于分 子降解，变软而CR老化产生结构性变硬

8、。介于 两个胶种的特性大都采用加 CR当做胶囊的活 化剂以提高硫化速度并改善丁基的老化性能。3. 补强体系因为丁基橡胶为结晶型橡胶，生胶本身即有较高 的强度，补强剂对其效果不大，而且往往会降低 其扯断伸长率，但能提高撕裂强度、定伸应力。丁基橡胶为饱和橡胶，大分子链中双键较少，补 强剂和填充剂难以获得理想的补强效果。因为聚 合物与补强剂之间的补强作用，通常时在聚合物 分子链带双键和补强剂表面完成的。 因此，补强 剂的表面性质和结构状况对于丁基橡胶就显得 格外重要。试验表明如果炭黑表面含有足够的 氧，则对丁基橡胶补强作用就大；如果炭黑表面 没有足够的氧，则硫化胶性能就差。此时，可通 过使用化学处理

9、剂，女口：聚亚硝基苯等代替填充 剂便面的氧来完成填充剂与聚合物之间的补强 结合。炭黑是丁基橡胶的主要补强剂。其补强作 用决定于炭黑的粒径、结构和表面或定三个主要 参数。炉法炭黑粒径为20 90nm，其排列顺序 为 SAF v ISAF v CF v HAF FF v FEF v GPE v SRF。热烈法炭黑粒径最大 FT为 仃0nm, MT 为 375nm。按结构可分吸油值分高、中、低三类。高结构有： CF,FEF,GPF,HAF,ISAF ; 中结构的 有：SAF,ISAF,HAF,SRF,CC,MPC,EPC,FT,MT 同种结构也有高低。炭黑在50份以后随份数增加拉伸强度下降，且 以细

10、粒子炭黑较为显著。定伸应力随炭黑会两增 加而提高，三热烈法炭黑几乎不增加。伸长率降 低。硬度随增加提高。弹性随增加下降。压缩永 久变形随增加变差，尤其以超耐磨为甚，但粗热 烈法炭黑则增加不大。撕裂强度因超耐磨、中超 耐磨、高耐磨增加降低，其他炭黑增加会提高。 国内胶囊一般都采用 N220或者N330作为补强 剂，以提高强度、撕裂强度等数值。但是往往出 现N220和N330牌号炭黑分散性的质疑，N220 混炼过程中生热大，不利于胶囊的焦烧时间和流 动性，伸长率偏低。N330牌号炭黑强度略低，混炼胶断面分层，加完树脂冷却后胶片断面有蜂 窝状密闭的微小气孔。在长期的工业原料的发 展，炭黑已经有了很多

11、的更新产品，如高结构炭 黑，低结构炭黑，新工艺炭黑等，对于胶囊我认 为高结构炭黑为宜。因为从微观说结构提高聚集 体形态复杂，枝杈多，与橡胶混合后的吸硫橡胶 多，吸硫橡胶的形成对提高在混炼胶的分散性有 提高，可以改善压出等操作性，使压出口型膨胀 收缩率减小，半成本挺性大，表面光滑，胶片断 面无蜂窝状密闭气孔。有利于硫化时胶囊的憋 气，气泡等问题的解决。对于强度和伸长率如图： 炭黑型号硬度绍尔A扯断伸长率% 强度，Mpa300%定伸N3476152317.73.9N3396051817.53.38N3306046714.34.13注：本配方硫化时间为仃0度*60min，炭黑用量 为40份。通过上述

12、数据可以看出高结构炭黑的强度和扯 断伸长率都有比普通炭黑好。有利于胶囊产品的 物性指标。一些外企或者大型规模的胶囊公司已 经采用高结构炭黑生产胶囊。实际的使用次数和 稳定性也确实有所提高。考虑到强度控制一般使用细粒子炉法炭黑，用量 在50份下随份数的增加硫化胶的强度增大，硬 度增加，伸长率下降。当50份以上时随添加份 数的增加硬度增加其强度下降，扯断伸长率下 降。看下表：炭黑份数硬度绍尔A扯断伸长率% 强度，MPa 300% 定伸406046714.34.13506543218.34.52606940616.55.04707638215.15.36注；硫化时间为 仃0*60min，炭黑为N33

13、0型号。 在实际的配方设计时要根据胶囊伸长，强度等条 件寻找适合胶囊使用所对应的份数关系。很多公司标准定位强度大于13Mpa，伸长大于等于700%，扯断永久变形小于16。但是有的一些公 司采用加一些乙炔炭黑来增加导热性。但是会影 响一些强度。所以标准又为强度大于等于 10Mpa。伸长大于等于750%。扯断永久变形为 小于20。通过上面的实验数据显示只是生胶用炭黑的补 强伸长率明显不会达标。所以我们就考虑软化体 系的配合。在丁基橡胶中软化增塑体系的主要作 用是改善工艺性能、低温定能和动态性能，提高 伸长率，并降低成本。但同时也会降低强度和耐 磨性等性能。适用于丁基橡胶的是低极性、高饱和度增塑剂，

14、 高不饱和的油会严重影响其硫化速度，避免使 用。与丁基橡胶相容性好的增塑剂常有 4类：石 油系增塑剂；煤焦油系增塑剂；蜡类增塑剂，和 脂类增塑剂。芳烃含量好的操作油对丁基橡胶性能会产生不 良影响，不宜使用。石油系操作油是丁基橡胶中主要的增塑剂之一， 能降低胶料门尼黏度，对压出行能略有改善，改 善低温性能。但对硫化胶的耐臭氧性、耐热性和 压缩变形以及力学性能均有不利影响。虽然石蜡 油相容性比较好。但是分子链较长，粘度较大。 对于伸长率没有明显的作用。所以更多的公司把 软化剂选择了低分子的植物系软化剂（蓖麻油） 上。蓖麻油分子量比较低，较利于加工性，扯断 伸长率，胶料的流动性等，但时会比石蜡油更多

15、 的影响丁基的强度、扯断伸长率。但是由于分子 量比较低在高温度中容易迁移，所以耐老化性下 降。如图：软化剂种类硬度绍尔A扯断伸长率% 强 度，MPa 300%定伸蓖麻油6774613.65.07高分子石蜡油 6662216.87.46硬度变化绍尔A扯断伸长变化率% 强度变 化率%300定伸变化率%蓖麻油 +15-46%-25%+56%高分子石蜡油 +16-37%-27%+32%注：硫化时间为仃0*60min 在保证胶囊的物理性能的条件下做合理的配合 体系。对于软化体系除了蓖麻油我也看好石蜡油 （分子量低一些的牌号）但是本人由于一些原因 并没有试验。只是想法供大家参考。 对于老化性，胶料的流动性，强度，伸长等做到 平衡就时一个优秀的胶囊补强软化体系了。4.其他配合体系 丁基橡胶本身的有很好的热氧老化性，氧化锌本 身也具有抗热氧老化功能，使用氧化锌能有效提 高丁基橡胶耐热性，添加份数一般不超过15份。 份数过高时会使胶料回原形下降，定伸应力增高 等，一般用量为48份。丁基橡胶一般不使用 防老剂。但是如胶囊的贮存条件不达标可根据存 放条件适当添加一些石蜡等游离状态的防老剂。 有的胶囊公司还用一些内部流动剂 （硬脂酸盐和 微晶蜡的混合体）以提高流动性，以增加硫化过 程中的黏结程度，减少重皮，气泡等次、废品的 产生。也有一些厂家提出增加分散剂提高分散。 有一点要