丁基橡胶硫化胶囊技术手册.pdf

ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 – 参考号 B1011-598E98 第 1 页，共 42 页 ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 — B0312-903C50 第 2 页，共 42 页 摘要摘要 硫化胶囊是轮胎硫化机的重要部件和轮胎硫化工艺的重要环节在轮胎工 厂中，为了确保轮胎能够实现耐久性和要求的使用寿命，以及能够高效地执行 硫化胶囊操作，正确选择用于胶囊配方的丁基聚合物和混炼胶至关重要这是 由于树脂硫化丁基橡胶具备出色的耐热性和耐蒸汽性，从而使得它能够广泛应 用于耐高温领域此外，丁基橡胶的气体和水汽渗透性极低，进一步提高了丁 基橡胶轮胎硫化胶囊的性能 本手册总结了硫化胶囊技术的一些方面，并提出了一些有关配合、加工、 应用技术以及常见硫化胶囊破损模式故障排除的基本指南另外还总结了参考 胶囊配方和选择的性能这些混炼胶配方可作为参考，进行进一步地开发，以 便获得所需的特定性能，或者使配方的性能适应于不同类型的轮胎硫化机和工 厂操作条件 ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 — B0312-903C50 第 3 页，共 42 页 目录目录 前言前言 ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4 硫化胶囊性能要求硫化胶囊性能要求 ……………………………………………………………………………………………………………… 6 轮胎硫化胶囊胶料轮胎硫化胶囊胶料 ……………………………………………………………………………………………………………… 7 轮胎硫化胶囊胶料的加工轮胎硫化胶囊胶料的加工 ……………………………………………………………………………………………… 15 轮胎硫化机的类型和轮胎硫化胶囊的操作顺序轮胎硫化机的类型和轮胎硫化胶囊的操作顺序 ……………………………………………… 22 硫化胶囊设计硫化胶囊设计 ………………………………………………………………………………………………………………………… 26 胶囊维护指南胶囊维护指南 ………………………………………………………………………………………………………………………… 29 针对硫化胶囊混炼胶的特殊测试针对硫化胶囊混炼胶的特殊测试 ……………………………………………………………………………… 31 新技术和轮胎新技术和轮胎硫化胶囊市场趋势硫化胶囊市场趋势 ……………………………………………………………………………… 32 附录附录 附录 1. 典型胶囊破损和纠正指南 ……………………………………………………………… 35 附录 2. 破损检查表、可能原因及备注 …………………………………………………… 40 参考资料参考资料 …………………………………………………………………………………………………………………………………… 41 ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 — B0312-903C50 第 4 页，共 42 页 前言前言 树脂硫化丁基橡胶具有碳-碳交联键，使硫化弹性体具有较高的热稳定性。

树脂硫化丁基橡胶具备出色的耐热性和耐蒸汽性，这使其能够广泛应用于高温 高热应用中，例如轮胎硫化胶囊此外，丁基橡胶的气体和水汽渗透性极低， 这使其具备了丁基轮胎硫化胶囊所要求的性能硫化胶囊是轮胎硫化机的一个 重要且必不可少的部件图 1 展示了硫化胶囊的一些示例 轮胎生产商一直在努力提高硫化胶囊的性能，目的是最大限度地提高 (i) 轮胎硫化效率、(ii) 工厂生产率和 (iii) 胶囊的耐久性本手册回顾了当前 的硫化胶囊技术，并提供了一些有关配合、加工、技术以及常见轮胎硫化机硫 化胶囊破损模式故障排除的基本指南 图图 1 1 轮胎硫化胶囊轮胎硫化胶囊 传统开口式硫化胶囊传统开口式硫化胶囊 乘用车乘用车 轻卡轻卡 商用卡车商用卡车 ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 — B0312-903C50 第 5 页，共 42 页 图图 1 1 轮胎硫化胶囊轮胎硫化胶囊（续）（续） 环形硫化胶囊环形硫化胶囊 底端封闭式硫化胶囊底端封闭式硫化胶囊 乘用车和轻卡乘用车和轻卡 重型商用卡车重型商用卡车 乘用车和轻卡乘用车和轻卡 轻卡轻卡 重型商重型商用卡车用卡车 ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 — B0312-903C50 第 6 页，共 42 页 硫化胶囊性能要求硫化胶囊性能要求 硫化胶囊的功能。

轮胎硫化胶囊是以通常含聚-羟甲基苯酚树脂硫化体系和丁基橡胶经特殊配 方制成的圆柱形胶袋这种可折叠式胶囊安装在轮胎硫化机的低位，是硫化机 和模具组装的一部分未硫化的生胎置于下模位于胶囊上方当模具闭合时，压 缩蒸汽、空气、热水或惰性气体（氮）将按次序（预先编程）进入胶囊内，以 提供用于轮胎成形和硫化过程的内热和压力需要胶囊的两种轮胎硫化机分别 是： 1. 回轨式（NRM 或类似）硫化机，需要 AutoForm (Bagwell) 胶囊 2. 后倾式（Bag-O-Matic 或类似）硫化机，需要 Bag-O-Matic 胶囊 轮胎行业用于轮胎硫化机的硫化胶囊示例如图 1 所示 应用于硫化胶囊所需的基本性能 有三种类型的轮胎硫化工艺，分别是蒸汽 — 高压热水硫化工艺、蒸汽 — 惰性气体硫化工艺和蒸汽 — 蒸汽硫化工艺上模温度可达 190°C（侧模温度 为 180°C），胶囊温度最高可达 220°C对于 14.00R20 规格的卡车轮胎， 可采用如下的简单蒸汽 — 热水硫化工艺： 1. 蒸汽 12’00” 2. 高压热水 30’00” 3. 冷水冲洗 4’00” 4. 排水 0’30” 总硫化时间（分钟） 46’30” 考虑到胶囊要在多次硫化中承受高压和高温，硫化胶囊必备的基本特性可 总结如下： 1. 均匀的、混炼充分的胶料以便加工（密炼、挤出和充模流动）。

2. 高度耐热老化性 3. 能够抵抗因接触饱和蒸汽、高压热水或惰性气体而导致的降解 4. 优异的曲挠性和抗热撕裂性 5. 低拉伸和压缩永久变形，同时保持高拉伸性能 6. 对空气、惰性气体和水汽的不渗透性 获得这些特性将使胶囊能够达到足够的使用寿命，即轮胎硫化周期数，有时也 称作拉出点拉出点是指在胶囊损坏之前的使用寿命，达到拉出点后应拆下胶 囊，以防在轮胎硫化过程中发生胶囊损坏而导致生产中的轮胎损耗 ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 — B0312-903C50 第 7 页，共 42 页 轮胎硫化胶囊胶料轮胎硫化胶囊胶料 轮胎硫化胶囊必须能够承受持续暴露于高压蒸汽、热水或惰性气体的高温 下可通过使用与活性烷基酚醛树脂特殊配合的丁基橡胶来实现这一点混炼 胶成分的选择对于胶囊的使用寿命非常重要胶囊胶料中使用的主要原料是聚 合物（丁基橡胶）、硫化活化剂、炭黑、增塑剂、氧化锌和硫化树脂 丁基橡胶（IIR、异丁烯-异戊二烯共聚物）是轮胎硫化胶囊的首选弹性 体，因为其具备以下特性： 1. 优异的抗热老化性能， 2. 良好的抗曲挠性和抗撕裂性， 3. 拉伸和压缩永久变形程度低，以及 4. 对空气、惰性气体和水汽的不渗透性。

丁基橡胶通常是异丁烯和异戊二烯在 –90°C 到 –100°C 的温度范围内， 在氯甲烷中发生碳正离子共聚反应制得鉴于这些独特的属性和艰难的生产条 件，丁基橡胶被归于特种弹性体之列，从而与顺丁橡胶 (BR)、天然橡胶 (NR) 和丁苯橡胶 (SBR)1、2 等通用橡胶区别开来 丁基橡胶是异丁烯和异戊二烯的共聚物，其中类异戊二烯含量大约为 2 mol%（图 2）异丁烯链节长度 (0.270 nm) 是 1-4-异戊二烯链节长度 (0.405 nm)3 的 67%异丁烯链节的立体结构导致沿聚合物链的紧密堆积，低自由体积分数和相应的低渗透性异戊二烯在分子链中以反式-1、4 结构头尾 相连排列，形成无规的线性共聚物 图图 2 2 丁基橡胶的结构丁基橡胶的结构2 2 （（结构结构 I I）） CH2CCH3CH3CH2CCHCH3CH2 (0.8 to 3.0 mole %)为了进一步阐述，使用 1H NMR 研究链式异戊二烯的立体结构，结果发现大多数 (94%) 结构 I 异戊二烯链节（如图 3 所示）都是以 1,4 构型4 形式结合起来的结构 I”这一术语，源自对氯化丁基橡胶和溴化丁基橡胶中异 戊二烯链节的描述。

（0.8 到 3.0 mol%） ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 — B0312-903C50 第 8 页，共 42 页 图图 3 3 异戊二烯结合的立体结构异戊二烯结合的立体结构4 有人还提出，由 1、2- 异戊二烯组成的结构 Iminor 所占比例大约为 6%4未有报告称发现 3、4-加成物通过深入研究，White 和同事进一步提出未发 现 3、4-加成物，而且还提出结构 Iminor 具备图 35 中所示的构型1、4 链式异戊二烯和少量异戊二烯衍生物的比例取决于聚合温度，虽然量很少，但仍存 在于丁基橡胶的商用牌号中White 及同事还报导，结构 I minor 与端基无关， 且 R 基源自异丁烯，而不是源自异戊二烯 — 异戊二烯加成（图 4）尽管作 者指出未最终确定 R-基，但有证据表明 R-基可能是一些较长的分子链5 因此，虽然公认存在结构 I minor，但其准确的构型仍有待进一步澄清，主要 困难在于这类结构的含量极低 图图 4 4 White White 等提出的支化结构等提出的支化结构 I I minor minor 5 5 对于丁基橡胶硫化胶囊，可从 ExxonTM 丁基橡胶 268 开始进行混炼胶配方研究。

有关硫化胶囊混炼胶配方的示例，请参见“”6表 I 进一步说明了如何选择目前埃克森美孚化工公司生产的商用牌号丁基橡胶该表列出了现有的聚合物粘度范围和异戊二烯的名义含量6 ExxonTM 丁基橡胶硫化胶囊技术手册 — B0312-903C50 第 9 页，共 42 页 表表 I I ExxonMobilExxonMobilTMTM 异丁烯弹性体商用牌号示例异丁烯弹性体商用牌号示例6 6 弹性体 牌号 门尼粘度 （ML1+8，125°C 条件下） 异戊二烯 (mol %) 丁基橡胶（低粘度） 065 32 1.05 丁基橡胶（中等粘度） 丁基橡胶（高粘度） 068 51 1.15 268 51 1.70 普通丁基橡胶牌号 可在硫化胶囊应用中使用不同牌号的丁基橡胶，具体取决于最终胶料和胶 囊要求以及要生产的轮胎类型以下选定部分丁基橡胶牌号做进一步说明： 1. Exxon™ 丁基橡胶 268：这是用于硫化胶囊胶料的最常见牌号它具 有较高的门尼粘度（ML1+8，125°C 条件下：51 MU）和中等不饱和度 (1.7 mol%)虽然含此牌号丁基橡胶的胶料具有良好的加工性能和物 理特性以及良好的耐久性，但仍可通过与门尼粘度较低的牌号（例 如，Exxon™ 丁基橡胶 065）掺混来进一步改善其充模流动性。

2. Exxon™ 丁基橡胶 068：它的门尼粘度与 Exxon™ 丁基橡胶 268 相 同，但不饱和度更低 (1.15 mol%)它可以与 Exxon™ 丁基橡胶 268 掺混以提高抗热老化性能应调整树脂含量以获得最佳硫化程度另 外需注意，硫化程度越低，可能导致胶囊膨胀变形越大 3. Exxon™ 丁基橡胶 065：它具有较低的不饱和度 (1.05 mol %) 和较 低的门尼粘度（ML1+8，125°C 条件下：门尼值 32 。