前沿：轮胎胶囊概述，不看亏死了

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前沿：轮胎胶囊概述
作者：刘帅
- T; Y8 m; {1 c3 O' d' ^; g5 g: Y网名：不是内胎/帅猪猪
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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1.10-1.15，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计。

; k6 K  H* J: I% U+ W" K. ^! S1.生胶的选择：
) ^/ e5 _: R: U1 l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。
+ Q2 M7 n1 p0 j/ {2.轮胎硫化胶囊的硫化体系：
* W6 h0 {% y! r/ _5 ~丁基一般采用硫磺，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8~11%，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采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，老化后硬度变化也小。试验表明溴化酚醛树脂用量为4~12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1.5~2.5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5~10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。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。
( q! }( v9 ~( Y/ t  a- a( R5 |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剂，如：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＜ISAF＜CF＜HAF＜FF＜FEF＜GPE＜SRF。热烈法炭黑粒径最大FT为170nm，MT为375nm。
8 H/ S/ g! a( N0 ^6 k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。
/ J9 G7 C( N, _4 R炭黑在50份以后随份数增加拉伸强度下降，且以细粒子炭黑较为显著。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。
* x1 a5 ^0 c" _$ X- p, e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，Mpa   300%定伸
/ b, h/ y, s! nN347        61        523           17.7        3.9
6 `) z& W3 Q3 N9 T, M# ^7 w" sN339        60        518           17.5        3.38
5 ?$ o$ l8 c) AN330        60        467           14.3        4.13
注：本配方硫化时间为170度*60min，炭黑用量为40份。
5 d  p0 s, N1 b- f0 g, J& i" t7 U通过上述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。
* h( `; G. |* `6 S  C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：
9 M3 w8 m, _: m炭黑份数   硬度绍尔A 扯断伸长率%  强度，MPa  300%定伸
2 a* @; |: X$ w7 k* h$ o40           60        467        14.3        4.13
% a$ R% l( x2 ^& ^  [50           65        432        18.3        4.52
# P; r$ }! n9 P8 K8 X0 T60           69        406        16.5        5.04
$ c# i+ h, w" X( ?  d70           76        382        15.1        5.36
注；硫化时间为170*60min，炭黑为N330型号。
  H# `# G9 v3 p8 {, e) ?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，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：
1 Z/ U5 W5 H3 M软化剂种类  硬度绍尔A  扯断伸长率%  强度，MPa  300%定伸
0 r/ t; y* H4 }) X  K- S蓖麻油        67           746         13.6       5.07
高分子石蜡油  66           622         16.8       7.46
180*24h老化后
5 n2 D3 z& i; q) s! w  y3 Q# e  j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%
. \4 q* ]1 @9 N/ l% P& e. i注：硫化时间为170*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4—8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。有一点要提出40MSF他是对弹性体和弹性体之间改变表面极性，增加相容性而对于炭黑分散程度个人认为作用不大。现在日益发展的助剂种类不妨去用在胶囊配方的优化上面。也会有不错的效果。个人表示支持态度。
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7 D/ l1 i& e' ]5 N工艺条件
1.硫化工艺
因为树脂硫化没有高效促进剂，所以一般采用提高温度的方法来提高生产效率，一般硫化温度为175-190度之间。胶囊属于成型为料坯然后靠硫化机的压力使胶料流动来冲模硫化的。所以比一般的模压制品的压力要高。如果欠压会出现胶料不实，缺料，中口胶边厚等问题。硫化时间则根据硫化体系和胶囊的厚度而定。一般的硫化时间都是延长一些的，因为丁基橡胶的硫化过程没有过硫，或者降解。如下
$ f1 D7 Z/ x0 h5 t硫化时间  硬度，绍尔A扯断伸长率%  强度，Mpa  300%定伸
60        66         808             13.3        3.99
7 n& Y, y- m* q* r100        66        782             13.3        4.05
& L% h& u! y* }2 R8 [4 V! \" P130        66        806             13.7        4.28
( a0 O8 D& n  a5 c4 y6 x5 m150        67        785              13.7        4.21
注：硫化温度为170度，硫化体系为SP-1055（8份），氯化亚锡，（2份）氧化锌（5份）
从上图可以看出，丁基橡胶硫化过程中没有出现硫化降解现象。但是往往我们考虑一些实际的问题。如果欠硫则会影响硫化胶囊的回原性，容易造成打折现象。硫化时间是值得注意。在不欠硫的情况下尽可能的短时间硫化。以提高生产效率。有些公司是先定型，然后二次硫化的方式来提高硫化效率。可以提倡但是硫化胶密度往往会受一些影响。损耗了一些使用寿命。胶囊的生产过程中往往会出现质量问题，如憋气、气泡、重皮、中口开裂等问题出现。出现这些问题除了模具设计不合理，排气孔被堵外也有可能是胶料的不稳定。着就需要一个固定的，合理的混炼工艺做支持，并严格控制执行。
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liulis

我不看也不会亏哟，我还是要支持你的。

BLADDER

如果你是做轮胎的你就不这么说了。 这个我以前发过。这个只不过细节化了。大的框框没变。

海纳百川

谢谢楼主的原创文章！

liulis

你现在不是在卖化工原料吗，怎么又做起轮胎来了，

李子

谢谢楼主分享！不错，学习

zhan0410

我与轮胎关系不大，只是车外胎出现问题 。还是谢谢你！

BLADDER

我可是不做原材料。我是标准的技术。职位工程组组长。 不是买料的。

炼胶滴

好资料。顶一顶。学习了

BLADDER

自己的资料。顶一顶。。。大家都来看看吧。