高起点基础研究助力我国橡胶行业快速做大做强--访怡维怡橡胶研究院院长王梦蛟博士

我国橡胶轮胎行业经过二三十年的高速发展,在用胶量、轮胎产量等很多方面已经成为世界第一,但是在高端技术及基础技术研究方面仍然相对落后,存在着大而不强的现象,一遇贸易摩擦便会受到极大的冲击。在这种情况下,国家橡胶与轮胎工程技术研究中心应运而生,而怡维怡橡胶研究院作为国橡中心的直属研发机构,一直专注于橡胶基础研究,致力于橡胶新材料的研发与创新。经过不懈努力,怡维怡橡胶研究院也取得了相当丰硕的成果,其中"轮胎用合成橡胶连续液相混炼新技术"在行业内被称为"液体黄金",获得了广泛关注。本刊为此专门采访了怡维怡橡胶研究院院长王梦蛟博士,请他为广大读者介绍"液体黄金"和怡维怡橡胶研究院的相关情况,以飨读者。

红外衰减全反射法测定硅橡胶硫化胶中填充的SiO_(2)含量

采用红外衰减全反射(ATR)法对硅橡胶硫化胶中填充的SiO_(2)含量进行测定,绘制红外特征峰峰高比值H 452/H 1258与二氧化硅含量的工作曲线,建立快速测定硅橡胶中填充的二氧化硅含量的计算方法。结果表明,与配方中SiO_(2)含量的理论值比较,红外ATR法测定二氧化硅含量的相对标准偏差约为1.0%,该方法操作快速、简便,准确度高。

应用橡胶加工分析仪研究白炭黑胶料的硅烷化反应和填料聚集

应用RPA2000橡胶加工分析仪测试白炭黑胶料的弹性模量变化,研究加工过程中白炭黑胶料的硅烷化反应及填料聚集情况。结果表明:白炭黑胶料中形成了一定数量的白炭黑-硅烷偶联剂-橡胶化学键,很大程度上遏制了白炭黑在胶料硫化过程中聚集;较高硫化温度虽然对减少白炭黑的聚集有利,但因为交联密度随之降低,导致白炭黑胶料的损耗因子(tanδ)仍增大;开炼机剪切作用在降低白炭黑胶料的门尼粘度同时打断了橡胶大分子链和破坏了白炭黑-硅烷偶联剂-橡胶交联结构,加剧了白炭黑聚集,使得白炭黑胶料的tanδ明显增大。

应用橡胶加工分析仪研究胶料中炭黑聚集情况

应用RPA2000橡胶加工分析仪测试炭黑胶料在一定条件下弹性模量的变化,研究炭黑聚集的过程。结果表明,在没有硫化体系或胶料交联前,炭黑的聚集速度很快,而且是一个持续过程,炭黑的聚集速度随着温度的升高而加快。对于终炼胶,炭黑的聚集在硫化交联之前已经开始;在相同的硫化程度下,低温硫化胶料的Payne效应较高,炭黑聚集程度较大;胶料的门尼粘度越高,炭黑的聚集速度越慢,聚集程度越小。

辐射预硫化炭黑/白炭黑天然橡胶胶料性能对比研究

对炭黑和白炭黑分别填充的天然橡胶(NR)胶料进行电子辐射预硫化,研究辐射预硫化对胶料的结合胶含量、门尼粘度和硫化特性及硫化胶的物理性能和动态性能的影响。结果表明,辐射预硫化能提高胶料的结合胶含量、门尼粘度和硫化速度,对两种硫化胶的应力应变、生热和磨耗等性能产生不同的影响,并能显著抑制填料在橡胶基体内网络结构的形成,降低胶料的滞后损失。

炭黑混炼胶和白炭黑混炼胶的结合橡胶及Payne效应研究

研究天然橡胶(NR)/炭黑、NR/白炭黑、异戊橡胶(IR)/白炭黑混炼胶的结合橡胶含量和Payne效应。结果表明:随着二段混炼胶停放时间延长,炭黑混炼胶的结合橡胶含量增大,Payne效应增强,硫化胶应力应变性能和动态性能等变化不明显;白炭黑混炼胶的结合橡胶含量增大,Payne效应基本不变,硫化胶定伸应力明显提高,动态性能有一定程度改善;白炭黑混炼胶的结合橡胶含量明显大于炭黑混炼胶。

用RPA2000橡胶加工分析仪研究胶料硫化过程中填料的聚集程度

用RPA2000橡胶加工分析仪研究胶料(丁苯橡胶/顺丁橡胶并用胶)硫化过程中填料的聚集程度。结果表明:随着转矩提高,硫化过程中不同配方胶料动态力学性能[储能模量(G′)、损耗模量(G″)和损耗因子(tanδ)]之间的差异增大;随着防焦剂用量增大,促进剂CZ胶料的焦烧时间延长,ΔG′增大,填料聚集程度提高,tanδ随应变增大的增幅增大;迟效型促进剂DZ胶料的焦烧时间较长,硫化速度较慢,在硫化过程中填料聚集时间较长,聚集程度较高,在大应变下tanδ较大;在硫化过程中填料的聚集效应发生在焦烧期和热硫化初期,在保证胶料加工安全性能下,应尽量缩短设计的配方胶料的焦烧时间,提高硫化速度,以降低填料聚集程度。

红外光谱法研究炭黑N234与橡胶的相互作用

利用红外光谱法测试添加不同用量炭黑N234的橡胶基团特征峰红移(向低波数方向移动)情况,研究炭黑N234与橡胶的相互作用。结果表明:添加炭黑N234后,天然橡胶(NR)、溶聚丁苯橡胶(SSBR)、乳聚丁苯橡胶(ESBR)和顺丁橡胶(BR)红外光谱特征峰均发生不同程度的红移现象,NR的亚甲基特征峰红移程度最大,炭黑N234与NR的作用最强;随着炭黑N234用量增大,各橡胶不同基团的特征峰红移程度不同,不同基团与炭黑N234的相互作用不同;橡胶并用时基团特征峰红移程度基本不受影响;添加炭黑N234的硫化并用胶的基团特征峰红移规律与混炼并用胶相同。

橡胶/白炭黑连续液相混炼胶在轮胎中的应用

介绍橡胶/白炭黑连续液相混炼胶(EVEC)的生产工艺,根据填料-聚合物相互作用的相关理论分析EVEC良好的填料分散性、较低的滞后损失、优异的抗湿滑性能和耐磨性能。经室内试验、场地测试和实车路试验证,用EVEC胎面胶制造的载重轮胎和轿车轮胎具有燃油消耗低、二氧化碳排放少、制动距离短和使用寿命长的特点,在安全、节能、舒适和耐磨性能等方面的优势显著。EVEC轮胎的经济效益和社会效益显著。

巨型工程机械轮胎胎面胶配方的研究进展

巨型工程机械轮胎(简称巨胎)载质量大,工作环境苛刻,对其胎面胶的生热、耐磨、抗切割和抗崩花掉块等性能都有较高的要求。从巨胎的主要性能要求出发,重点介绍国内外在巨胎胎面胶用橡胶、填料、硫化体系和加工助剂等方面的研究进展,对提高巨胎胎面胶性能的方法进行探讨。

氧化镁用量对溴化丁基橡胶气密层胶性能的影响

研究氧化镁用量对溴化丁基橡胶(BIIR)气密层胶性能的影响。结果表明:氧化镁对BIIR胶料具有双重作用,一方面氧化镁作为防焦剂延长胶料焦烧时间,另一方面氧化镁具有硫化剂的性质,能够提高硫化胶的交联密度;随着氧化镁用量的增大,BIIR胶料的焦烧时间和t90延长,交联密度呈增大趋势,拉伸强度增大到一定水平后非常缓慢地上升,拉断伸长率和损耗因子减小,耐热空气老化性能提高,气密性和耐疲劳性能变化不大;当氧化镁用量为0.4~0.6份时,BIIR胶料的综合性能最优。

磨损轮胎的性能研究

使用4个规格、不同剩余花纹深度的磨损轮胎,通过实车测试研究磨损率对轮胎性能的影响。结果表明,随着磨损率增大,轮胎的滚动阻力系数呈先增大后减小的趋势,接地面积呈先减小后增大的趋势,干地制动性能呈先降低后提高的趋势但变化较小,湿地制动性能明显降低。

高分散性活性剂SA-800在胎面胶中的应用

研究高分散性活性剂SA-800(简称SA-800)等氧化锌含量(简称等锌)或减氧化锌含量(简称减锌)替代普通氧化锌在胎面胶中的应用。结果表明:SA-800等锌替代普通氧化锌时,胎面胶的焦烧时间和正硫化时间延长,加工安全性好,其他性能基本相当,可在丁苯橡胶/顺丁橡胶/白炭黑胎面胶和天然橡胶/炭黑胎面胶中替代普通氧化锌;SA-800减锌替代普通氧化锌时,胎面胶的焦烧时间和正硫化时间与等锌替代时相比略有缩短,仍长于普通氧化锌胎面胶,其他性能变化不大,且与普通氧化锌胎面胶基本相当。使用SA-800可实现锌减量的目的。

胎面胶动态能量损耗的测试方法及其与损耗因子相关性的研究

采用旋转流变仪、橡胶加工分析仪、压缩生热试验机、回弹仪测试胎面胶的动态能量损耗,针对应变、应力、能量3个因素建立了各测试方法的简易应变/应力-时间数学模型,探讨论胎面胶的动态能量损耗与损耗因子(tanδ)的相关性。结果表明:旋转流变仪和橡胶加工分析仪都是恒定应变测试,二者测试的胎面胶的tanδ相关性较好;压缩生热试验机是恒定应力测试,测试的胎面胶的动态能量损耗与tanδ成正比、与模量成反比;回弹仪是接近恒定能量测试,测试的胎面胶的动态能量损耗与tanδ成正比;轮胎的滚动阻力指数与胎面胶的tanδ线性相关性较好。

顶空气相色谱-质谱联用分析橡胶硫化烟气成分来源

建立顶空气相色谱-质谱(HS-GC/MS)联用分析橡胶(制品)硫化烟气成分的方法。对选定配方原材料及其混炼胶在硫化温度下挥发的烟气成分进行HS-GC/MS测试,确定挥发分成分;通过对定性结果的分析对比,推断硫化烟气各成分的来源。该方法的建立对开发绿色橡胶制品有很好的参考性。

白炭黑对天然橡胶-钢丝粘合性能的影响

在间-甲粘合体系基础上,考察不同比表面积白炭黑对天然橡胶(NR)-钢丝粘合性能的影响,对比间-甲-钴粘合体系与间-甲-白粘合体系下的NR-钢丝粘合性能。结果发现:加入不同比表面积的白炭黑后,胶料性能出现规律性变化,动态性能和NR-钢丝粘合性能明显改善;间-甲粘合体系胶料的NR-钢丝粘合性能最差,而加入新癸酸钴后,NR-钢丝粘合性能出现一定提升。使用白炭黑165MP的NR-钢丝粘合性能最佳。

混炼工艺对炭黑/白炭黑补强天然橡胶/异戊橡胶/顺丁橡胶并用胶加工性能的影响

研究不同混炼工艺[正常工艺、母胶工艺1(分别制成炭黑、白炭黑母胶)、母胶工艺2(分别制成炭黑、白炭黑母胶且白炭黑母胶进行热处理)]对炭黑/白炭黑补强天然橡胶/异戊橡胶/顺丁橡胶并用胶加工性能的影响。结果表明:采用母胶工艺会略微缩短正硫化时间,降低门尼粘度;停放30 d后,母胶工艺1胶料的门尼粘度、结合胶含量及Payne效应均明显小于其他两种混炼工艺胶料,且挤出加工性能较好;透射电子显微镜观察表明,母胶工艺2胶料白炭黑初始分散较好。

氯丁橡胶生胶含量测定的校正曲线分析方法

建立了氯丁橡胶(CR)生胶含量测定的校正曲线分析方法。结果表明:热重分析时样品最佳称样量为10mg,升温程序中650℃时的保温时间为20 min,可保证样品完全裂解;通过以CR实际生胶含量为纵坐标、热重分析法测定的生胶含量为横坐标建立的校正曲线,可根据热重分析法测定的生胶含量得到实际生胶含量;测定的准确率在97.95%~104.12%之间。

固体核磁共振法测定硫化丁苯橡胶中的苯乙烯

采用魔角旋转固体核磁碳谱法(MAS–^(13)CNMR)测定硫化丁苯橡胶中的苯乙烯含量。通过固体核磁碳谱解析,对丁苯橡胶中苯乙烯、1,2-乙烯基、1,4-丁二烯的特征峰进行归属分析,以固体核磁外标法定量。对已知苯乙烯含量的标准样品进行测定,绘制校正曲线,结果显示理论苯乙烯含量与固体核磁法计算结果成良好的线性关系,线性相关系数(r^2)为0.97。经标准曲线校正后的苯乙烯含量接近于真实值,计算结果的相对误差小于5%,测定结果的相对标准偏差为0.31%(n=6)。该方法适用于单一胶种的硫化丁苯橡胶中苯乙烯含量的检测。

偶联剂TESPT、钴盐和异戊橡胶/白炭黑湿法胶对天然橡胶-钢丝粘合胶性能的影响

考察偶联剂TESPT(以下简称TESPT)、钴盐和异戊橡胶/白炭黑湿法胶(以下简称IR湿法胶)对天然橡胶(NR)-钢丝粘合性能的影响。结果表明:在间-甲体系粘合胶中,新癸酸钴能缩短粘合胶的门尼焦烧时间、增大硫化速度,使硬度和定伸应力显著增大,抗撕裂性能、压缩生热和动态性能变差;在间-甲-白体系粘合胶中,钴盐对硫化特性的影响与间-甲体系一致,对物理性能的影响小于间-甲体系;对NR-钢丝粘合性能,钴盐对间-甲体系粘合胶起到明显增强效果,对间-甲-白体系作用不明显;TESPT能改善粘合胶的加工性能和动态性能,对老化后的粘合胶-钢丝粘合强度不利;并用IR湿法胶的粘合胶加工性能和动态性能优异,物理性能稍差,粘合性能不弱于加入钴盐的间-甲-白体系,整体优于间-甲体系。