趙志正 (中橡集團西北橡膠塑料研究設計院,陜西咸陽712023) 編譯
摘要: 文中介紹了俄羅斯新開發成功的白炭黑Росил175的物理化學性能。分別將它及與其相近似的Zeosil 1165 MP加入丁苯橡膠,制成轎車輪胎胎面膠膠料及硫化膠,對它們的性能作了對比評估。與此同時,還對含有硅烷的白炭黑Coupsil 8108、Coupsil 8113進行了試驗研究。將Росил175及Zeosil 1165MP分別跟有機硅烷Si-69一起加入膠料,對其配合性能也進行了分析研究。
關鍵詞: 二氧化硅填充劑(白炭黑);綠色輪胎;胎面膠
中圖分類號:TQ 330.38+1 文獻標識碼:B 文章編號:1671-8232(2006)11-0005-03
在轎車輪胎胎面膠中加大沉淀法白炭黑的用量的做法在其他國家早已十分普遍,而在俄羅斯的輪胎工廠中卻不常見。這是由于客觀原因所致。原因之一是,俄國還缺乏能夠滿足輪胎廠要求的物理化學性能及結構參數的高比表面積白炭黑。
然而生產“綠色輪胎”已成為當今時代的要求,所以俄羅斯就在工業化試生產的條件下,著手在轎車子午線輪胎胎面膠配方中對白炭黑填料進行了試驗研究。俄國БС-120白炭黑生產廠使用的是碳酸沉淀法工藝。這種生產工藝還需進行實質性的改進,才能生產出具有較高的比表面積和最佳結構的白炭黑。“索達”股份有限公司(斯捷爾里塔瑪克)研究開發了俄國產白炭黑填充劑Росил175,根據氮吸附值,它的比表面積為161~190 m2/g。
大家知道,在使用白炭黑填充劑,并用硫黃硫化的情況下,必須在膠料配方中添加偶聯劑—硅烷。通常使用的是雙(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物(TESPT),其牌號是Si-69。此外,許多廠商正在生產表面經雙官能有機硅烷改性的不同牌號的白炭黑。
與含炭黑的胎面膠相比,含有白炭黑填充劑的橡膠一般可大大降低滾動阻力,在濕路面上的高抓著力,其耐磨性與炭黑胎面膠相近。測定輪胎滾動阻力及抓著力,在一般輪胎廠實驗室的條件下是不可能做到。因此,為了對在試驗室里制備的橡膠各項性能進行表征,采用了某種程度上與上述各項性能有關聯的一些指標。
文中對使用了物理-化學性能相近的Росил175和Zeosil 1165MP的轎車輪胎胎面膠性能進行了對比和評估。此外,還饒有興趣地評估了橡膠的各項性能,具體條件是將白炭黑與雙官能有機硅烷(Si-69,德國德固賽公司產品)分別加入,膠料中含有預先經Si-69改性的白炭黑。該文作者曾在試驗室里對含硅烷的兩種二氧化硅白炭黑Coupsil 8108和Coupsil 8113(德固賽公司產品)進行了試驗,并且,和Zeosil 1165 MP(法國羅地亞公司)進行了比較,后者與有機硅烷Si-69一起添加。他們對俄國產的Росил175也進行了實驗室試驗,Росил175也與Si-69一起添加。
為了評估白炭黑填充劑的性能,在標準膠料(前蘇聯技術條件ТУ2168-038-00204872-2001)中也進行試驗。膠料用實驗室開煉機制備。試驗表明,Zeosil 1165 MP具有最大的補強性能(見表1);在這種情況下,用MDR 2000測得的硫化膠的硫化特性及500%定伸應力也比較高。含有Coupsil 8113的膠料具有最低的門尼粘度,這證明,含有這種白炭黑填充劑的膠料加工性能良好。
為了研究白炭黑填充劑對膠料物理機械性能的影響,曾制備了白炭黑含量不同的(10~50質量份)的膠料,膠料組份不變。含硅烷的白炭黑填充劑的用量在11~55質量份之間變化。試驗對象是以丁苯橡膠БСК(100質量份)+白炭黑(45)+П245炭黑(20)為基礎的環保型輪胎胎面膠料配方。
眾所周知,含有白炭黑的橡膠使用性能的平衡只有在精確地選擇混煉條件和正確地選擇交聯劑的前提下才能達到。該文作者曾經選用
德固賽公司推薦的膠料的混煉條件。膠料用實驗室密煉機,采用兩段法制備。在第一階段,混煉周期之初將生膠投入,然后塑煉60 s,添加氧化鋅、白炭黑,硅烷和硬脂酸并混煉120 s,然后加入炭黑及ПН-6Ⅲ油,混煉270 s,再加入IPPD,ацетонанилР,蠟及古馬隆-茚樹脂。第一階段總的混煉時間為600 s。在第二階段添加硫黃和促進劑CZ。
膠料性能取決于白炭黑的含量。對所得到的關系曲線的分析表明,加大白炭黑含量下,性能變化的特征與白炭黑的品種無關。這表明,白炭黑含量不同,含有Coupsil 8108的膠料的粘度最高,而含有Zeosil 1165 MP的膠料的粘度最低;含有Coupsil 8113和Росил175的兩種膠料的粘度居中,其中含有Росил175的膠料的粘度值與含Zeosil 1165 MP的膠料的粘度值十分接近(見圖1)。因此,同含有其它白炭黑的膠料相比,含有Zeosil 1165 MP膠料的加工比較容易進行。最小扭矩的變化特征實際上是相同的(圖2)。然而,在白炭黑含量小的情況下(在30質量份以下),最小扭矩值與白炭黑的品種無關。因此,根據未硫化膠料的性能,含有分別加入有機硅烷的幾種膠料,無論是含Zeosil 1165MP的還是含Росил175的,都表現出某些優點。
填充Coupsil 8108白炭黑的硫化膠300%定伸應力值最低(圖3)。白炭黑Coupsil 8113與Zeosil 1165 MP在膠料中的補強性能差不多。在滯后損失方面,含Zeosil 1165 MP白炭黑的膠料表現出一定的優勢(圖4)。
依照文獻[1]提出的方程式可預測所研究橡膠的內聚特性。通過硫化膠的硬度和彈性指標值可計算出摩擦系數。研究發現,摩擦系數的變化特征與白炭黑含量的相互關系,和白炭黑的牌號無關。但是,在文中所研究的白炭黑所有含量范圍內,含有Zeosil 1165 MP的膠料具有最高的性能指標。
綜上所述,和含有Coupsil 8108及Coupsil8113的膠料和硫化膠相比,含有Zeosil 1165 MP和硅烷的膠料及硫化膠具有最優異的性能。含有Росил175的膠料在綜合性能上,近似于含Zeosil 1165 MP的膠料,但是其粘度比較高。看來,這是由于它在膠料中的分散度不夠高之故。很明顯,這與吸附表面的多相性及表面上的硅烷基團的數量較少有關。Росил175的性能及表面特性的影響可作為下一個研究課題。
在混煉時間相同的條件下,加入預先改性的白炭黑,其優越性就不能表現出來,而這些優越性正是基于填充劑表面發生疏水化,使該填充劑可快速地深入橡膠基質中并分散開。根據已獲得的數據可以確認,對俄國生產的Росил175白炭黑作進一步優化是可行的,使用它時要與其他補強劑分別添加,在制備階段不要對它進行改性。
