橡胶轮胎的配方和工艺流程-成型加工

橡胶轮胎的原料配方和合成工艺流程

一 概述

轮胎是供给车辆、农业机械、工程机械行驶和飞机起落等用的圆环形弹性制品。它是车辆、农业机械、工程机械和飞机等的主要配件，能吸收因路面不平产生的震动和外来冲击力，使得乘坐舒适。轮胎是橡胶工业中的主要制品，其消耗的橡胶量占橡胶总用量的50%-60%,是一种不可缺少的战略物资。

轮胎工业的发展可以追溯到16世纪初，在巴西发现天然橡胶后，古人用胶乳制成原始的胶球、胶鞋及各种橡胶制品。

1839年固特异发明了硫化技术，改善了橡胶的使用价值，橡胶制品得到了广泛应用。 1845年研制出硫化橡胶实心轮胎。

1890年成功试制出外胎和内胎组成的力车轮胎，胎圈内部装有金属圈，轮胎与轮辋紧密固着得以初步解决，这就是近代直角形胎圈轮胎的雏形。

1895年发明了汽车，扩大了充气轮胎的应用范围。

1904年马特发现了炭黑对橡胶具有补强作用。

1914年-1919年发明了橡胶用的有机促进剂、防老剂和帘布胶乳浸渍技术，使得轮胎的生产技术日趋成熟和完善，轮胎的质量也大为改观。

1933年法国米其林首创了用钢丝帘布制造汽车轮胎。

1948年法国米其林生产出钢丝帘布的子午线结构轮胎，并在轮胎主要设备上进行了重大的改造。子午线结构轮胎对轮胎结构作了根本变革，是轮胎工业的一场革命。

1960年-1970年出现了聚酯纤维和芳纶纤维，并试用于轮胎。

1970年美国费尔斯通公司首先在乘用胎上试验了橡胶塑料并用的浇注轮胎,成为塑料与橡胶并用的先驱.

目前我国轮胎总产量达2.1亿条左右,轮胎生产继美国,日本之后排名世界第三位,子午化率在58%.

目前,米其林、固特易、普利司通、住友、韩泰、锦湖、佳通等合资企业的轮胎产量占轮胎企业总产量的50%以上。

二 橡胶轮胎配方

1耐高温胎面胶

据资料介绍，55-75份顺式-1，4-聚异戊二烯橡胶与25-45份含量乙烯基聚丁二烯橡胶并用，课提高航空轮胎胎面的高温耐久性。

2耐割口胎面胶

耐割口胎面胶配方见表1.据资料介绍，该组配方适用于航空轮胎胎面。

两点特殊要求（1）炭黑的氮吸附法比 表面积（N2SA）50-60平方米/克，DBF吸附量为80-200毫升/100克（2）促进剂用量/硫磺量=0.25-1.0份。

物理机械性能指

标：在23摄氏度一下，

胎表面胶的300%定伸

应力伟

12.75-22.56Mpa，伸长率

为400%，回弹率达到

50%以上。

效果评价：（1）特

制一块表面刻有条状槽

纹的钢板，模拟有排水

槽的机场跑道。钢板条

纹的深度和宽度均

为

7mm，条纹间距为25mm，将钢板装在阿姆斯勒型机床试验机上。测试前，在实验轮胎接地涂敷石膏，要填满花纹沟。待石膏硬化后，轮胎加载压过钢板，测量花纹沟处石膏损失深度，并将该损失深度定义为咬入量。在此之前，已通过实验验证咬入量于胎面花纹人字形割口深度成正比关系。用上述配方做了3种试验轮胎：

格式为H49*19.0-22.32PR、H54*21.0-24.36PR的航空斜料交轮胎，规格为H46*17.0-24R20.30PR的航空子午线轮胎。试验结果表明，试验轮胎的咬入量平均比对比轮胎少0.4mm。（2）按照FAA ACA-145规范规定的充气内压、负荷和速度，在动态模拟实验机上进行50次起飞-着陆实验。每完成20次起飞-着陆后，进行全息照相检测，考察实验轮胎有无脱落发生。试验结果表明，上述试验轮胎顺利通过实验，无脱落层，无花纹沟底龟裂，而对比轮胎一条有脱落层，另一条有花纹沟底龟裂。

3 耐臭氧老化胎侧胶

耐臭氧老化胎侧胶配方见表2.聚资料介绍，该组配方适用于各种类型的轮胎。

效果评价：进行室内模拟试验，实验条件为50ppm臭氧、40摄氏度、25%应变、1000次曲挠。当用2份蜡的对比胶出现及其轻微的龟裂。试验结果表明，上述两组配方的胎侧胶具有很好的耐臭氧老化、抗龟裂性能。此外，因为推荐配方是无蜡配方，所以不用担心有蜡配方的问题，如胶料粘度下降，表面过度喷霜。

掌握原则：耐静态臭氧老化效果TAPDT>蜡>77PD>6PPD；耐动态臭氧老化效果6PPD=77PD>TAPDT>蜡。

注意事项：（1）胎侧胶的耐动态臭氧澳华能力与77PD的用量成正比；（2）用77PD后，胶料门尼焦烧时间短。

三 丁苯橡胶在轮胎中的运用 丁苯橡胶（SBR) 是最大的通用合成橡胶品种，也是最早实现工业化生产的橡胶之一。它是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物。其物理机构性能，加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶，有些性能如耐磨、耐热、耐老化及硫化速度较天然橡胶更为优良，可与天然橡胶及多种合成橡胶并用，广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品的生产等领域。

1,3-

性体。丁苯橡胶是合成橡胶的一种。

丁苯橡胶

单体：1,3-丁二烯（CH2=CH-CH=CH2）、苯乙烯（C6H5C2H3 ）。

聚合反应：CH2=CH-CH=CH2+C6H5-CH=CH2 ——→

-[CH2-CH=CH-CH2-CH(C6H5)-CH2]-n

丁苯橡胶是产量最大的通用合成橡胶，有乳聚丁苯橡胶 、溶聚丁苯橡胶。丁苯生胶是浅黄褐色弹性固体，密度随苯乙烯含量的增加而变大，耐油性差，但介电性能较好；生胶抗拉强度只有20-35千克力/平方厘米，加入炭黑补强后，抗拉强度可达250-280千克力/平方厘米；其黏合性﹑弹性和形变发热量均不如天然橡胶，但耐磨性﹑耐自然老化性﹑耐水性﹑气密性等却优于天然橡胶，因此是一种综合性能较好的橡胶。丁苯橡胶是橡胶工业的骨干产品，它是合成橡胶第一大品种，综合性能良好，价格低，在多数场合可代替天然橡胶使用，主要用于轮胎工业，汽车部件、胶管、胶带、胶鞋、电线电缆以及其它橡胶制品。

英文名 Emulsion-polymerized styrene butadiene rubber （E-SBR）

生产方法 由丁二烯和苯乙烯在低温下进行自由基乳液聚合而制得。

产品性能 常温下为白色固体或透明无悬浮物液体，有微芳香味，是一种性能上更优于工业直链烷基苯的洗涤剂产品原料。以其为原料衍生的表面活性剂产品，性能优良，生物降解性能好，耐硬水，皮肤感觉柔和，脱脂力小，更适合低温洗涤，在低温仍有卓越的去污能力。

产品性能 SBR－1500是通用污染型软丁苯橡胶的最典型品种，生胶的粘着性和加工性能均优，硫化胶的耐磨性能、拉伸强度、撕裂强度和耐老化性能较好。SBR－1502是通用非污染型软丁苯橡胶的最典型品种，其性能与SBR－1500相当，有良好的拉伸强度、耐磨耗和屈挠性能。SBR－1712是一种填充高芳香烃油的软丁苯橡胶的污染性品种，它具有优良的粘着性、耐磨性和可加工性以及价格便宜等优点。

丁苯橡胶

用途 SBR-1500广泛用于以炭黑为补强剂和对颜色要求不高的产品，如轮胎胎面、翻胎胎面、输送带、胶管、模制品和压出制品等。SBR-1502广泛用于颜色鲜艳和浅色的橡胶制品，如轮胎胎侧、透明胶鞋、胶布、医疗制品和其他一般彩色制品等。SBR-1712广泛用于乘用车轮胎胎面胶，轮胎胎面胶、输送带、胶管和一般黑色橡胶制品等。

包装与储运 SBR-1500和SBR-1502，内包装为一层聚乙烯薄膜，外包装为聚丙烯涂膜编织袋。每袋净重35kg±0.5kg。应存放在干燥、通风、清洁和温度不高于室温的仓库中。贮存时应避免污染、雨淋、水浸和太阳光直射。在运输过程中，不得曝晒在阳光下，不能混入杂物；不得与易燃品、油污品等堆放在一起。运输车厢应保持清洁，避免包装破损和杂物混入，敞车运输要盖防雨布。本产品保质期为两年。

四 丁苯橡胶合成方法

溶液聚合丁苯橡胶

以丁基锂为催化剂，在非极性溶剂中合成的丁苯橡胶。1964年，由美国费尔斯通轮胎和橡胶公司、壳牌化学公司开始生产。80年代，世界的年产量已达数十万吨。溶液聚合丁苯橡胶分嵌段共聚物（即热塑性橡胶）和无规共聚物两类。

溶液聚合丁苯橡胶在共聚合过程中，有自发形成聚苯乙烯嵌段的倾向，为了合成苯乙烯在主链上无规分布（即不含聚苯乙烯嵌段）的共聚物，可采取连续补加单体、90～150℃

丁苯橡胶

高温聚合,以及添加醚、叔胺、亚磷酸盐、硫化物或表面活性剂作无规剂等措施。溶液聚合无规丁苯橡胶的分子量分布比乳液聚合丁苯橡胶窄，支化度也低。为了减轻

生胶的冷流倾向，需在共聚过程中添加二乙烯基苯或四氯化锡作交联剂，使聚合物分子间产生少量交联。还可以将分子量不同的共聚物掺混，使分子量分布加宽。溶液聚合无规丁苯橡胶的顶式-1,4异构体含量为35％～40％，耐磨、挠曲、回弹、生热等性能比乳液聚合丁苯橡胶好，挤出后收缩小，在一般场合可代替乳液丁苯橡胶，特别适宜制浅色或透明制品，也可以制成充油橡胶。目前，国际上正在探索调整大分子链上的乙烯基含量，使溶液法丁苯橡胶既有很好的耐磨性，又有满意的抗滑性，以适用于高速车胎。

粉末丁苯橡胶PSBR 粉末丁苯橡胶PSBR是在丁苯橡胶的基础上接枝其它单体，添加防老剂和隔离剂，专为改性沥青生产的一种粉末丁苯橡胶，它除了具有SBR显著改善沥青的低温性能特点外，

丁苯橡胶

还能明显改善沥青的高温性能。同时本产品也可用于橡胶制品、塑料制品、石油树脂等改性。

2技术指标

项目 技术指标

外观 白色粉末

粒度，目 14～20

分子量 20万～30万

结合苯乙烯，% 21～35

门尼粘度(ML1+4,100℃) 48～66

3产品型号与用途

1) 普通型，主要用于高寒地区沥青的改性、普通沥青升级、沥青增延剂、防水卷材沥青及水工沥青的改性等，具有显著改善沥青低温性能的特点。

2) H型，专门用于提高沥青的高温性能。

3) R型，专门用于改善沥青的粘韧性、韧性。

4) N型，专门用于高粘度改性沥青。

4使用方法

将粉末丁苯橡胶PSBR缓慢加入130～150℃的热沥青中，同时进行搅拌，加料完毕待粉末充分搅拌均匀后，将温度提高至150～155℃进行高速剪切10～30分钟、或胶体磨研磨一遍、或用管式乳化泵打一次循环即可。

5包装储存

20kg硬纸桶或25kg纸袋包装。储存于阴凉干燥通风处，防冻防雨防暴晒，储存温度5℃～40℃，存放期：24个月。

五 橡胶轮胎工业发展

近年来中国开展了许多丁苯橡胶科研开发与技术改革，大连理工大学化工学院与燕山石化研究院以正丁基锂为引发剂合成了丁二烯-苯乙烯二嵌段共聚物，该共聚物与普通溶聚丁苯橡胶相比，不仅具有良好的物理机械性能，同时具有低滚动阻力和高抗湿滑性能；此外还采用由正丁基锂和二乙烯基苯合成的多螯型引发剂及SnCl4偶联剂等合成了具有宽相对分子质量分布、高门尼粘度的溶聚丁苯橡胶，并且采用湿法充油制得了物理机械性能优异的充油丁苯橡胶。兰州石化公司石化研究院自行研制开发出了粉末丁苯橡胶制备技术，并实现了中试放大，经200t/a规模的中试验证明该技术凝聚工艺平稳，过程易于控制，产品性能稳定，重复性好，属国内首创技术，该技术应用于沥青改性方面，具有掺混工艺简单、易于分散、改善沥青低温性能的特点，并填补了国内粉末丁苯橡胶改性沥青领域的空白。

随着中国加入WTO，汽车进口关税降低，国内汽车工业及轮胎业将面临着更大的挑战，但从长远来看，国内丁苯胶市场仍将保持较大比例的增长。总的发展趋势是溶聚丁苯橡胶将逐渐成为丁苯橡胶的发展重点。