丁腈橡胶在全钢子午线轮胎气密层中的应用研究

摘要

丁腈橡胶(NBR)以优异的耐油性著称，同时也属于气密性良好、耐热性优异的橡胶，有望成为全钢子午线轮胎气密层配方的理想生胶材料。传统载重胎气密层配方主要以卤化丁基橡胶为主体生胶材料，主要得益于其优良的气密性、耐臭氧老化及耐屈挠疲劳等特性。但由于其存在母胶难以储存易发生早起硫化等问题，且成本昂贵长期依赖进口，不少国内轮胎企业急于寻找优秀的替代材料来减少其使用量。丁腈橡胶是为数不多的具备高气密性的橡胶材料，在较高丙烯腈含量下，其气密性甚至远远优于卤化丁基橡胶。但高的分子链极性使其难于与天然胶等传统轮胎生胶共混，且其同时存在高滞后损耗、不耐老化等缺陷。迄今为止，鲜有研究报道其在轮胎中的应用。本课题致力于将丁腈橡胶与溴化丁基橡胶(BIIR)共混，将两者的优势结合，制备高性能载重胎气密层胶料。
　　为了改善BIIR/NBR共混胶两相相容性，本文首先研究了不同相容剂(增容树脂CJ-100/环氧化天然橡胶ENR)及其用量对共混胶性能的影响。结果表明:CJ-100的增容效果更为优异，可以大幅提高共混胶耐屈挠疲劳性能，臭氧老化性能，但大量并用会导致滞后损耗过高。通过AFM和SEM对相态结构进行表征发现CJ-100增容的两相分散相尺寸最小，从微观角度证明了其增容作用。
　　为了进一步改善耐屈挠疲劳性能，本文选用极性小分子增塑剂DOP对胶料进行增塑改性，降低其硬度，从而提高其耐屈挠疲劳性能。结果表明:DOP可以有效屏蔽丁腈橡胶分子链间的极性，增加共混胶的耐屈挠疲劳次数;此外，DOP的加入，还能改善胶料的耐臭氧老化性能，降低滞后损耗。
　　另外本文讨论了不同丙烯腈(AN)含量的NBR对共混胶性能的影响。结果表明:高丙烯腈含量的NBR共混胶力学性能/耐臭氧老化及屈挠疲劳性能低于较低丙烯腈含量的NBR共混物，但气密性相对较优。随着丙烯腈含量的提高，以及NBR用量的提高，材料的滞后损耗性能都有所有下降。
　　通过增容/增塑改性以及配方优选，本研究制备了综合性能优异的BIIR/NBR共混气密层配方，填补了NBR在轮胎工业中的应用空白，并为更高性能载重胎气密层配方提供了新的设计思路。
　　文献指出，氧化锌是屈挠疲劳的裂口源，对屈挠疲劳性能的影响很大。本文最后一节选用不同的氧化锌作为硫化活化剂讨论了其对纯天然胶配方的性能影响。优选出添加3phr的CaZ型氧化锌耐屈挠疲劳性能最好，而不同氧化锌对胶料的机械性能影响不大。

目录

声明

摘要

主要符号说明

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 溴化丁基橡胶的简介

1．2．1 溴化丁基橡胶的国内外状况

1．2．2 溴化丁基橡胶的不同产生方式

1．2．3 溴化丁基橡胶的化学结构和性能

1．2．4 溴化丁基橡胶的硫化常用法

1．2．5 溴化丁基橡胶硫化防止焦烧的方法

1．2．6 溴化丁基橡胶并用

1．2．7 溴化丁基橡胶在生产上的应用

1．3 丁腈橡胶的简介

1．3．1 丁腈橡胶的结构和性能关系

1．3．2 丁腈橡胶的发展情况

1．3．3 丁腈橡胶的并用

1．3．4 丁腈橡胶的应用情况

1．4 相容性研究

1．4．1 影响共混物相容性的热力学特性

1．4．2 影响共混物的相容性的硫化特性

1．5 本课题的研究意义

1．6 本课题的主要研究内容

1．7 本课题的创新点

第二章 实验部分

2．1 前言

2．2 原材料

2．3 实验仪器设备

2．4 实验配方

2．5 胶料的加工工艺

2．6 胶料的表征测试方法

2．6．1 混炼胶硫化曲线的测定

2．6．2 混炼胶门尼粘度的测定

2．6．3 硫化胶硬度的测定

2．6．4 硫化胶拉伸性能的测定

2．6．5 硫化胶撕裂性能的测定

2．6．6 硫化胶屈挠性能的测定

2．6．7 硫化胶的耐热氧老化性能的测定

2．6．8 硫化胶气密性能测定

2．6．9 硫化胶耐臭氧老化性能测定

2．6．10 硫化胶的动态热机械分析测试

第三章 结果与讨论

3．1 BIIR／NBR直接共混并用胶料的结构与性能

3．1．1 BIIR／NBR不加相容剂的并用胶性能

3．2 添加不同相容剂对BIIR／NBR并用胶性能的影响

3．3 添加DOP对BIIR／NBR并用胶性能的影响

3．4 NBR丙烯腈含量对BIIR／NBR并用胶性能的影响

3．5 不同品种的氧化锌对天然橡胶性能的影响

3．5．1 不同品种氧化锌的微观结构

3．5．2 加入不同氧化锌的天然橡胶样品的性能表征

3．5 ．3本节小结

第四章 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

作者和导师简介