加氫石油樹脂對丁基橡膠內胎氣密性的改善效果
丁基橡膠(IIR)憑借其分子鏈高度飽和、側甲基密集排列的結構特點,成為制備輪胎內胎的核心基材 —— 其分子鏈運動受阻,氣體分子難以穿透聚合物網絡,天然具備優異的氣密性。但在實際應用中,純丁基橡膠內胎仍存在氣體滲透速率偏高、長期使用后氣密性衰減等問題,難以完全滿足新能源汽車、高端商用車對低滾阻、長續航的嚴苛需求。加氫石油樹脂作為一種低分子量、高相容性的功能性添加劑,通過物理共混與化學作用協同調控丁基橡膠的微觀結構,成為提升其內胎氣密性的關鍵技術路徑。
從作用機制來看,加氫石油樹脂對丁基橡膠內胎氣密性的改善,核心在于“填充致密化”與“界面補強”的雙重效應。一方面,加氫石油樹脂的分子結構中不含不飽和雙鍵,與丁基橡膠的飽和鏈段具有良好的熱力學相容性,共混后能均勻分散于丁基橡膠的橡膠相基質中,如同在聚合物網絡的“孔隙”中填充“分子級填料”,這填充作用會顯著壓縮氣體分子在橡膠內部的滲透通道,迫使氣體分子需繞過樹脂分子才能擴散,延長了滲透路徑;同時,樹脂分子與丁基橡膠分子鏈間通過范德華力形成弱相互作用,限制了橡膠分子鏈的熱運動,減少了因分子鏈蠕動產生的瞬時微空隙,進一步降低了氣體滲透的“通道密度”。無論是氧氣、氮氣等空氣組分,還是輪胎內充注的惰性氣體(如氬氣),其滲透系數均會隨加氫石油樹脂用量的增加呈現先快速下降、后趨于平緩的變化趨勢,通常在樹脂用量為橡膠質量的10%-15%時,氣密性提升效果達到至優。
另一方面,加氫石油樹脂的加入能優化丁基橡膠的交聯網絡結構,增強內胎在動態服役過程中的尺寸穩定性,間接保障長期氣密性。丁基橡膠在硫化過程中,加氫石油樹脂的極性基團(如少量殘留的羥基、酯基)可與橡膠分子鏈上的活性位點發生微弱相互作用,促進交聯點的均勻分布,減少局部交聯密度過低的“薄弱區域”—— 這類區域往往是氣體滲透的主要通道。同時,加氫石油樹脂自身具有一定的剛性,能在橡膠基質中形成“剛性支撐點”,抑制內胎在反復充氣、放氣或行駛顛簸過程中產生的過度形變,避免因聚合物網絡結構破壞導致的氣密性衰減。此外,對于丁基橡膠常見的“冷流性”問題(即長期受壓后發生緩慢形變),加氫石油樹脂可通過提升橡膠的定伸應力,減少內胎與輪輞貼合處的縫隙,進一步降低氣體泄漏風險。
在實際應用中,加氫石油樹脂的性能參數對氣密性改善效果具有顯著影響。先是氫化度,高氫化度的樹脂分子結構更穩定,與丁基橡膠的相容性更強,能更均勻地分散于橡膠基質中,避免因相分離形成的“微孔洞”;而低氫化度樹脂因殘留雙鍵,可能與橡膠硫化體系發生競爭反應,反而影響交聯結構,降低氣密性提升效果。其次是軟化點,軟化點過高的樹脂在橡膠加工過程中難以充分熔融分散,易形成團聚顆粒,成為氣體滲透的“shortcut”;軟化點過低則可能導致內胎在高溫環境下(如夏季行駛時輪胎內部溫度升高)出現樹脂遷移,使局部橡膠基質失去填充支撐,導致氣密性下降。通常而言,選擇氫化度≥90%、軟化點在80-120℃范圍內的加氫石油樹脂,既能兼顧加工分散性,又能實現對丁基橡膠內胎氣密性的高效改善。
對比傳統的氣密性改善手段(如添加炭黑、白炭黑等無機填料),加氫石油樹脂具有獨特優勢。無機填料需通過高比例添加(通常為橡膠質量的30%-50%)才能顯著提升氣密性,但會導致橡膠的彈性、耐寒性下降,增加內胎的加工難度;而加氫石油樹脂在低添加量(10%-20%)下即可實現同等甚至更優的氣密性提升效果,且對丁基橡膠的力學性能(如拉伸強度、斷裂伸長率)影響較小,能更好地保留內胎所需的柔韌性和耐疲勞性。此外,加氫石油樹脂的加入還能改善丁基橡膠的加工流動性,降低混煉、擠出過程中的能耗,提升生產效率。
然而,加氫石油樹脂在應用中也需注意潛在問題。若樹脂與丁基橡膠的相容性控制不當(如樹脂分子量分布過寬),長期使用可能出現樹脂析出,在橡膠表面形成“噴霜”現象,雖不直接導致氣密性急劇下降,但會影響內胎與輪輞的貼合性;同時,樹脂的加入可能略微提升橡膠的玻璃化轉變溫度,需通過調整配方(如搭配少量增塑劑)平衡氣密性與低溫彈性??傮w而言,通過合理選擇加氫石油樹脂的類型、控制添加量及優化加工工藝,可有效實現丁基橡膠內胎氣密性的提升,為高性能輪胎內胎的研發提供可靠的技術支撐。
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