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橡胶技术网丁基内胎技术
丁基内胎技术
一、概述
★目前，全世界大部分自行车、卡车乃至工程车辆所用的轮胎，都是采用内胎来维持其压力的。
合理的保气性是保证行车安全、降低滚动阻力、降低燃料消耗和延长使用寿命的重要因素。
★丁基橡胶非常适合用作内胎，这是由于丁基橡胶的化学结构决定了它具有独特的综合性能，最重要的是它比通用橡胶具有更高的气密性。
★美国、欧洲、朝鲜、台湾和日本都大多已经转向使用无内胎轮胎，但是亚太地区大多数国家仍然喜欢使用斜交（轮）胎或子午轮胎等有内胎轮胎。
★埃克森美孚公司致力与轮胎工业合作，以提高丁基胶内胎制造中的生产、合成及加工技术。
二、丁基胶内胎的性质
★非常低的空气/水气渗透性
★优良的抗老化性能
★优良的耐热性能
★使用中更高的撕裂强度
三、丁基胶内胎的优点
★良好的保气性（动态的和静态的）
★内胎使用寿命长，耐久性好
★改善了轮胎的耐久性
★保存期长，易贮存
★爆裂危险系数小
★这些优点可以抵消丁基胶内胎的高成本
四、商用橡胶的空气渗透性
氯化丁基胶或丁基橡胶
标准丁苯胶
天然橡胶
三元乙丙胶
空气渗透性QX102@25°C
0.34
3.06
4.36
5.9
@65.5°C
3.2
18.0
23.7
29
相对渗透性@65.5°C
1.0
5.6
7.4
9.1
★上述橡胶都是与80份炭黑，10份油合成，再经硫化得到的
五、优越保气性的作用
★降低燃料消耗
●将压力从32磅每平方英寸降低到24磅每平方英寸可将滚动阻力提高20%，该阻力可以使燃料消耗率提高约3%。
★增加轮胎行走里程
●行程可达10,000km或更长，
●延长了新胎和翻新轮胎的寿命
★提高轮胎耐久性
●低的膨胀压力可以增加胎侧和胎体的屈挠度，并会缩短胎体的使用寿命
●降低带束内压力
★改善操纵灵敏性
●使顺利安全驾驶成为可能（具有安全性）
六、配方设计
1.内胎性能要求
★低空气渗透性
★耐热性
★低拉伸永久变形
★热老化性能
2.聚合物应该具有如下性质：
★EXXON丁基胶268优先选择高粘度及中等不饱和度
●碳黑/油亲和性好
●易加工
●抗局部薄
●抗折薄性好
●物理性能平衡
★丁基胶/三元乙丙胶并用
★Vistalon®2605是专为丁基胶混炼开发的最佳选择。
●耐热
●粘着性小
●优良的抗臭氧化性能
●注意其接头性能
★聚合物的并用要求
●良好的分散/溶混性
●适当的生胶强度
●低拉伸永久变形
●具有共硫化性
●焦烧安全性
●富有竞争力的低成本
3.配方设计—成分
聚合物
丁基橡胶,丁基橡胶/三元乙丙胶（氯化丁基胶,氯化丁基胶/NR）
填
料
半补强碳黑（50）/快压出碳黑（10）
这是一个很好的配方，它具有良好的抗折薄能力，便于平接。
GPF（70）
在接合质量和抗折薄性能方面有所损失。
高耐磨碳黑（50）
混炼困难，挤出料多孔，良好的生胶强度，抗折薄性能好。
快压出碳黑（40）/半补强碳黑（30）
挤出效果好，使用高结构黑性能更好，特别适用于自行车内胎。
GPF（80）
配方成本低。
无机填料
无机填料会引起口型结垢问题。
停工、产品不合格率高不建议使用---但增加碳黑的用量。
工艺油
最好选用石蜡油，它具有良好的抗低温性能。
环烷油在低温时屈挠性会有些损失；芳烃油容易与硫化体系作用（焦烧时间短）
氧化锌
活化硫化体系（正常量5份）
硬脂酸
活化硫化体系作为润滑剂可以降低粘辊，通常1.0份就足够了。
增粘树脂
有助于平接，通常加入1-2份Escorez®1102以稳定接头质量；在接头机内会引起塑性流动。
降低抗折薄性能。
硫磺
硫化剂
MBT/MBTS
促进剂
TMTD
超促进剂（用于乘用胎/卡车胎/工程胎）
ZDEDC
超促进剂（自行车）
4.硫化体系
ZnO/硬脂酸（5/1份）
硫化活性剂
MBTS或MBT（0.5份）
MBTS在130°C以上有很好的焦烧安全性，MBT在130°C以下有很好的焦烧安全性，二者有相同的物理性能
TMTDS/S（1/2份）
焦烧安全性和硫化速度具有良好的均衡性
TMTDS/S/ZDEDC（1.5/1.5/.75份）
如果必要的话,在气门嘴胶垫中用缩短焦烧时间
5.丁基内胎配方（卡车胎/乘用胎/工程胎）
配方
Exxon丁基橡胶268
通用碳黑（N660）
石蜡油
硬脂酸
氧化锌
硫磺
TMTDS
MBT
份
100.0
70.0
25.0
1.0
5.0
2.0
1.0
0.5
★典型性能
加工
物理性能
胶料门尼粘度ML1+4100ºC
40
孟山都流变仪,170ºC,5ºArc,1.7Hz
最大扭矩（MH）,dN-m
64.0
125ºC门尼焦烧t5
27.2’
最小扭矩（ML）dN-m
6.0
挤出性能
速度,cm/min
393
焦烧时间（ts2）,min.
3.0
速度,g/min
501
硫化时间（tc90）,min.
11.0
收缩率,%
2.8
硫化性能,8'@170ºC
硬度,ShoreA
50
等级（ASTMD2230,total）
12.5
100%定伸强度,MPa
1.3
生胶强度
g/1.5mm
460
300%定伸强度,MPa
4.9
50%下降时间,秒
20.5
扯断强度,MPa
10.4
抗局部薄性能
局部薄@20%延伸率,%
36
伸长率,%
600
局部薄@40%延伸率,%
41
撕裂强度,kN./m
32
局部薄@80%延伸率,%
50
老化性,72hrs@125ºC:
硬度,ShoreA（pts.change）
56（+6）
局部薄@120%延伸率%
63
100%定伸,MPa（%retained）
1.7（130）
300%定伸,MPa（%retained）
5.1（104）
扯断强度,MPa（%retained）
9.4（90）
伸长率,%（%retained）
500（83）
撕裂强度,kN./m（%retained）
30（93）
拉伸永久变形
50%extn.for5hrs@105ºC,%
18.0
300%extn.for10min.@室温.%
7.0
6.丁基胶/三元乙丙胶内胎配方（大多数情况下用于卡车胎）
组成
IIR268
EPDM（2605）
N660
石蜡油
Escorez®1102
硬脂酸
硬脂酸钙
ZnO
硫磺
TMTDS
MBT
份
85.0
15.0
70.0
25.0
3.0
0.5
0.5
5.0
1.0
1.5
0.5
★典型性能
加工
物理性能
胶料门尼粘度ML1+4100ºC
48
孟山都流变仪,170ºC,5ºArc,1.7Hz
最大扭矩（MH）,dN-m
62.2
125ºC门尼焦烧t5
22.0’
最小扭矩（ML）dN-m
10.2
挤出性能
速度,cm/min
433
焦烧时间（ts2）,min.
3.0
速度,g/min
529
硫化时间（tc90）,min.
9.0
收缩率,%
1.7
硫化性能,9'@170ºC
硬度,ShoreA
52
等级（ASTMD2230,total）
12.5
100%定伸强度,MPa
1.5
生胶强度
g/1.5mm
650
300%定伸强度,MPa
5.2
50%衰减时间,秒
16.1
扯断强度,MPa
11.8
抗局部薄性能
局部薄@20%延伸率,%
25
伸长率,%
670
局部薄@40%延伸率,%
34
撕裂强度,kN./m
36
局部薄@80%延伸率,%
44
老化性,72hrs@125ºC:
硬度,ShoreA（pts.change）
62（+10）
局部薄@120%延伸率%
63
100%定伸,MPa（%retained）
2.7（180）
300%定伸,MPa（%retained）
8.3（159）
扯断强度,MPa（%retained）
9.9（84）
伸长率,%（%retained）
390（58）
撕裂强度,kN./m（%retained）
33（90）
拉伸永久变形
50%extn.for5hrs@105ºC,%
15.0
300%extn.for10min.@室温.%
4.0
7.自行车用丁基橡胶内胎
组成
IIR268
N550
N762
石蜡油
硬脂酸
ZnO
Escorez®1102
硫磺
TMTD
MBT
ZDEDC
份
100.0
40.0
30.00
20.0
1.0
5.0
3.0
1.25
1.5
0.5
0.8
8.子午胎内胎配方
组成
IIR268
N550
N762
超耐磨炭黑
通用炭黑
硬脂酸
ZnO
石蜡油（845）
Struktol60NS
硫磺
TMTDS
MBT
MBTS
低定伸
100.0
10.0
50.0
-
-
1.0
5.0
22.0
-
2.0
1.0
0.5
-
强度
100.0
-
30.0
20.0
-
1.0
5.0
24.0
1.5
1.0
1.5
-
0.5
传统
100.0
-
-
-
70.0
1.0
5.0
25.0
-
2.0
1.0
0.5
-
★由于子午轮胎与斜交轮胎的形状不同，子午轮胎内胎（椭圆形）更换更简便一些。
子午内胎具有更好的屈挠性，通常情况下子午轮胎内胎选用低定伸强度。
七、无亚硝胺促进剂
1.什么是N-亚硝胺?
R
N-N=0R:
ALKYLGROUP
R
2.它是怎样形成的?
RR
N-H+HNO2N-N=0+H2ONOx+H20
RR
3.为什么人们关注它?
★人们怀疑它对人体有致癌作用
★已发现它对动物体有明显的致癌作用
4.橡胶配方的潜在来源
促进剂二硫代氨基甲酸盐，如ZDEC,ZDBC等
橡胶秋兰姆类，如TMTDS,TMTMS等
抗氧化剂其他如..,MBS,吗啉二硫化物等
填料
加工助剂
5.它们什么时候形成的?
★硫化
★混炼
★挤出
★贮存
6.规定
★德国1ug/m3工作场地空气中
●德国，瑞士丹麦，芬兰澳大利亚，美国，加拿大，英国等
7.行业动态
★在日本、朝鲜和台湾:
●有些轮胎生产者变更了轮胎的促进剂。
★在亚太地区:
●生产者商开始关注轮胎出口
8.硫化对比配方
硫黄
TMTDS
MBTS
CBS（CZ）
ZTC（ZBEC）
有亚硝胺硫化配方
1.5
1.0
0.5
1.5
1.5-2.0
无亚硝胺硫化配方
1.5
★用CBS和ZTC结合来代替TMTDS/MBTS已经显示出几乎一样的物理性能
八、丁基内胎生产
★密炼★开炼★过滤★终炼★挤出★上气门嘴★接头
★冷冻成型★硫化★检查★包装
1.密炼
●保持清洁!
!
●第一段过量10-15%，以尽量减少胶料中空气混入量。
●设置密炼机转子和机体温度为90°C。
●设置卸料口温度为100°C以消除排胶时的粘着。
●不要将氧化锌和硬脂酸随聚合物一起加入，这样会增加排胶中的胶团。
●第一道工序过滤，而不是最后一道工序过滤。
●勿用陶土隔离剂（比较潮湿）
★典型混炼工序（两段混炼）
●第一段
◆加入聚合物0分钟
◆加入碳黑，氧化锌30秒
◆加入油和硬脂酸125°C
◆排胶160°C
●第二段
◆加入1/2母炼胶,硫化剂,1/2母炼胶0分钟
◆排胶105°C
★典型混炼工序（一段混炼）
●加入聚合物0分
●加入碳黑，氧化锌30秒
●加入油和硬脂酸110°C
●加入硫化剂120°C
●排胶135°C
★混炼过程中的一些重要参数
●由于丁基橡胶与通用橡胶的共硫化性不同，故此不能并用。
●碳黑与丁基橡胶混炼过程中，由于丁基橡胶与炭黑的亲和力比通用橡胶差，因此为了收到更好的分散效果，必须混炼足够长的时间，或者充分的剪切力。
●同时使用几种不同型号的炭黑，效果同样好。
这是由于不同型号的炭黑有不同的表面积，对丁基橡胶有不同的亲和力。
●具有高表面积的炭黑有较高的生胶强度，但在丁基橡胶中很难扩散。
如果使用上述炭黑还不能使橡胶充分分散，则会导致多孔压出，硫化中也容易形成气泡。
●总体而言内胎配方中不赞成使用无机填料，因为它可能会引起口型结垢，还可能延长停歇时间，增加废料率和不合格率等。
●加工助剂的主要要求是提高其加工性能，但使其对硫化的影响最小。
石蜡油是丁基橡胶的首选物质，VGC小于0.90的轻环烷油效果也很好。
●硬脂酸钙在丁基橡胶中用作防焦剂。
●母炼胶每批重量很重要，通常要比通用橡胶高出10-20%。
过高则对密炼机灰尘密封产生不利影响。
终炼胶重量为母炼胶总重量的80%较好。
●母炼胶排胶温度应为160-170°C,终炼胶温度不应超过105°C。
丁基橡胶最好在密炼机中预素炼或开炼机中预混,这样会提高添加剂的接受力。
若预素炼困难,建议在烘房中停放（60-80°C）。
2.开炼机混炼
★将聚合物以带式输送到狭窄辊距的辊筒间。
★初始辊筒温度应为35-55℃。
★加入氧化锌,硬脂酸，加入抗氧化剂（如果用的话）。
★先加入约10份炭黑，高补强炭黑应该先加入。
★等最初的碳黑混入后，再一起加入剩余的碳黑和油，逐渐增加辊距，冷却辊筒。
★最后加入硫化剂。
★若在后辊出现脱辊问题，可将后辊温度提高10-15℃。
★硬脂酸用量高可以改善粘辊问题。
3.滤胶
★过滤机是丁基橡胶内胎加工必不可少的设备。
★母炼胶或终炼胶可以根据厂家布置决定是否需要过滤。
★已经过滤的原料应充分冷却。
★过滤丁基橡胶内胎胶料以除去如下物质：
●外来杂质
●碳黑团块
●未分散的橡胶粒
4.终炼
★终炼有两种方法
●密炼:
加入母炼胶和硫化剂。
●挤出机的预热辊上:
需要两台开炼机以促进硫化剂分散。
5.挤出
★这是一个极为关键的步骤，它的好坏会影响产品的质量，以及其他工序特别是接头的效果。
★热喂料挤出是广泛采用的技术。
★有些新厂也采用冷喂料挤出技术。
★热喂料挤出—开炼机操作指南
●最好选用自动进料器
●在自动进料器中并用2-3批的混炼胶
●控制返回料的加入速率.
●控制开炼机辊距，特别是喂料辊（通过调整宽度而使进胶量变化）
●在喂料辊筒上保持一定的堆积胶.
●保持喂料胶片尺寸（包括厚度和宽度）稳定
●根据内胎的尺寸调节喂料胶片的尺寸（宽度）
●喂料胶片温度应恒定在80-90℃
★上述操作可保证挤出机的喂料胶片
●气孔的数量达到最少
●粘度和焦烧时间变化量最小
●输出速率恒定
★热喂料挤出机指南
●挤出机加料:
保持机筒充满，用自动加料辊。
●挤出机速度:
按照内胎的尺寸配置标准螺杆的每分钟转速。
●常用挤出温度设置
◆口型:
110-120ºC
◆机筒和螺杆:
50-60ºC
●口型设计:
进入口型的压力梯度最好是平缓的。
●冠部:
底部厚度的常用比为1.5-1.6:
1
●不要加入过量滑石粉/隔离剂
●卸料输送带/冷冻线：
卸料输送带牵引挤出料会影响尺寸
●必须进行有效彻底的冷却
●确保聚乙烯片精确定位
●常用聚乙烯片的尺寸为：
10cmx10cmx0.1mm,且带有明亮的颜色
●返回料应该在预热辊上均匀加入,自行车和乘用胎内胎返回料掺入率为10%，而卡车胎和大规格内胎为15%。
过量的返回料掺入率可能是造成硫化胎管中存在水泡/空气/污染物的缘故。
●原料输送带，挤出机，卸料传送带，冷却线保持同步。
●以上各参数可保证得到如下挤出料性能：
◆（i）孔隙率低（ii）粘度和焦烧变化小（iii）可以在恒定速度下更好地控制尺寸。
★冷喂料挤出机指南
●保持机筒充满，用自动加料辊。
●按照内胎的尺寸配置标准螺杆的每分钟转速。
●保持机筒和螺杆的温度为50-60℃，口型温度为110-120℃.
●口型应按如下标准设计
◆增加压力梯度有利于压出型材顺利排出口型.
◆避免过量滑石粉/隔离剂注入。
●加料输送带，挤出机，卸料传送带，冷却线保持同步
●不要让卸料输送带牵引挤出料.选用不同的口型可以得到不同尺寸的内胎。
●必须进行充分彻底冷却.
●确保带有明亮颜色的聚乙烯片正确定位。
●混炼过程可能有大约10%的返回料掺比率。
●冷喂料挤出的优点：
◆资金花费少（不需开炼机等操作）
◆只需投入较少的人力
◆能够更好地控制温度
◆高/低门尼粘度的胶料均可挤出
6.上气门嘴
★应用
●建议从专门的气门嘴生产厂家购买。
●通常在挤出线上冷却后上气门嘴。
●接头前后均可立即使用。
●存储过程中由于未硫化的内胎的收缩，在流水线上上气门嘴经常会将胶垫的边缘翘起。
★贴合
●用软橡胶片（邵氏A硬度45）盖住上气门嘴的铜杆。
●用气塞压4-5秒。
●合适的保持压力时间对于贴合是很重要的。
●当心气门嘴的边缘翘起。
7.接头
★基本而重要的步骤
●接头失误会得到大量的次品。
●质量较高的平接来源于：
◆水平切割ECUISM
◆使用橡胶贴面夹具
★调整机器必须注意的问题
●夹持压力
●对接压力
●对接时间
●刀具切割的角度
●刀具的温度
●刀具的切割速度
★接头机手册
●常用的内胎接头机:
丁基橡胶内胎的起始条件
平折宽度
Cm
12-20
20-25
25-34
刀
具
低温电流
A
25-30
25-30
25-30
高温电流
A
55-65
55-65
55-65
高温电流时间
s
1.5-1.0
1.0-0.75
0.5
高低速转换时间
折叠前为1cm
折叠前为1cm
折叠前为1cm
低速持续时间
s
1
1
1
切割-低速转换
s
0.5
0.5
0.5
夹持压力
低温切割
MPa
2.0-2.5
2.5-5.3
3.5-4.0
磅每平方英寸
300-360
360-430
500-570
高温（平接）
MPa
3.0-3.5
3.5-4.0
4.5-5.0
磅每平方英寸
430-500
500-570
640-710
平接压力
MPa
5.0-6.4
6.0-8.0
8.0-10.0
磅每平方英寸
640-910
850-1100
1100-1470
平接时间
s
4-7
6-9
8-12
★接头机的修正
●UniversalInnertubeSplicers:
CorrectionofUncuredSpliceFaults
FaultCauseRemedy
KnifetoocoldRaisehighheatcurrent
UnevenorWavyCutTubeslippinginjawsIncreaseclamppressure
KnifeangleincorrectCorrectangleofknife
CuttingspeedtoohighReducecuttingspeed
WornballscrewReplace/Repair
BentScrew
ExcessivetubeendoverhangbeforecutReduceoverhang
High-LowHeattransitiontooearlyRetardhigh-lowheattransitionpoint
TailedCutAtExitFoldKnifeslowdowntoolateAdvanceknifeslowdownpoint
SlowspeedtoohighReduceknifeslowspeed
DeformedEntryFoldCutKnifetoocoldatentryReducehighheatdelay
KnifeslowdowntoolateAdvanceslowdowntimer
SlowspeedtoohighReduceknifeslowspeed
KnifetoohotatentryIncreasehighheatdelay
ScrapchutetouchingtubeRepositionscrapchute
AtEntryFoldTalcejectedfromfoldbyhighMinimizetalc
clampingpressureOpeningBlowouttube
Adjustcarefully
PinchedSpliceJawstootightFlattenfolds
Clampingpressure（s）toohighReduceclamppressure
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