以橡膠製產品來說保氣性能應用最廣的是輪胎的內襯膠(取代內胎的氣密層),還有就是瓶塞,主要的橡膠是用丁基橡膠(IIR)或鹵化丁基橡膠(XIIR), IIR是所有橡膠中保氣性最好的橡膠,但IIR的價格高,供貨也較為吃緊,所以如何保有甚至增加其保氣性能又可減少IIR使用量,降低配方成本是配方開發及材料供應人員應共同努力的事情。
輪胎為什麼要提升保氣性,因為要提升輪胎的使用壽命(耐久性),輪胎使用壽命與保氣性能有什麼關係?簡述如下:
◎降低充氣後輪胎中的氧氣滲入胎體中,降低胎體中天然橡膠的氧化(老化)現象,造成輪胎各部位剛性分布異常所產生的異常。
◎提升鋼絲層的剝離力(Belt skim coat & peel strengths ),降低因為胎面剝離(Tread separation)所產生的故障。
我司蒐集世界各大輪胎廠的資訊及保氣性能理論,挑選由美國生產的特殊高嶺土,其結構為類似平板形狀(Platy),這種板狀結構的高嶺土應用於橡膠中具有良好的阻氣效果,其阻氣理論如下圖所示:
CHPA Clay這種排列方式,讓充氣後輪胎的內壓,要經過(滲入)內襯膠到達胎體必須經過更長的路徑,對氣體造成很大的阻力,達到提升輪胎的保氣性能。
依據以上資訊,我司的配方主要設計如下所示:
膠料物性如下所示:
1. Rheometer特性:
2. Monney Viscosity特性:
3. 物理特性:
4. 保氣性能:
註:氣體滲透速率(P),數值越小表示保氣性能越好。
5. 配方及內襯膠成本比較
結論:
1. Platy高嶺土與白煙類似,表面官能基會吸附水分子,使高嶺土呈現酸性,使得Tc20及Tc90時間延後,這樣可降低內襯膠於硫化實的過硫化現象,若要維持原有的硫化速率,請加入鹼性的物質,中和其酸性。
2. 提升保氣性能11%至29%,Platy高嶺土加至100 phr時其保氣性能下降,主要原因為填充量太大,於加工時 Platy高嶺土無法依序順向排列,就無法達到好的阻氣效果,所以其保氣性能較填充量75%時低9%。
3. 成本:
3-1. 若只用配方phr來計算成本,不考慮內襯膠成品的體積的話可節省成本12.3% 至 26.3%。
3-2. 考慮內襯膠成品的體積的話可節省成本3.3% 至 6.3%,因為保氣性能提升,期內襯膠的厚度可以減薄,故成本可再降低。
4. Platy高嶺土於100 phr的XIIR配方中建議用量為50 phr 至 75 phr。
依據Platy高嶺土的長寬比特性及補強理論,我司會進一步驗證Platy高嶺土在提升橡膠的耐油性能及提升耐屈撓性能的應用。
依據以上資訊,我司的配方主要設計如下所示:
膠料物性如下所示:
1. Rheometer特性:
2. Monney Viscosity特性:
3. 物理特性:
4. 保氣性能:
註:氣體滲透速率(P),數值越小表示保氣性能越好。
5. 配方及內襯膠成本比較
結論:
1. Platy高嶺土與白煙類似,表面官能基會吸附水分子,使高嶺土呈現酸性,使得Tc20及Tc90時間延後,這樣可降低內襯膠於硫化實的過硫化現象,若要維持原有的硫化速率,請加入鹼性的物質,中和其酸性。
2. 提升保氣性能11%至29%,Platy高嶺土加至100 phr時其保氣性能下降,主要原因為填充量太大,於加工時 Platy高嶺土無法依序順向排列,就無法達到好的阻氣效果,所以其保氣性能較填充量75%時低9%。
3. 成本:
3-1. 若只用配方phr來計算成本,不考慮內襯膠成品的體積的話可節省成本12.3% 至 26.3%。
3-2. 考慮內襯膠成品的體積的話可節省成本3.3% 至 6.3%,因為保氣性能提升,期內襯膠的厚度可以減薄,故成本可再降低。
4. Platy高嶺土於100 phr的XIIR配方中建議用量為50 phr 至 75 phr。
依據Platy高嶺土的長寬比特性及補強理論,我司會進一步驗證Platy高嶺土在提升橡膠的耐油性能及提升耐屈撓性能的應用。