焦志民1,白英杰2,孫 玉1,杜崇恩2(1.北京橡膠工業研究設計院,北京 100143;2.通化雙龍化工股份有限公司,吉林通化 134006)
摘要:研究國內外3種白炭黑對輪胎膠料性能的影響,并對膠料性能進行對比。結果表明,3種白炭黑具有降低 滾動阻力和生熱,提高抗濕滑性的作用,其中白炭黑TM(B)膠料的滾動阻力和抗撕裂性能較好。白炭黑TMG(A)膠料的耐磨、壓縮生熱和抗濕滑性能優于白炭黑U膠料。
關鍵詞:白炭黑;輪胎;膠料;耐磨性能;生熱
中圖分類號:TQ330.38+1;TQ336.1文獻標識碼:B文章編號:1006-8171(2008)09-0548-03
隨著汽車的普及、交通的發展、石油價格的上 漲以及國家節能減排政策的出臺,輪胎的低油耗、 高速度、高安全性及長使用壽命越來越受到人們 的關注,輪胎向著低滾動阻力、優異的抗濕滑和耐磨性能發展。白炭黑應用在輪胎膠料中可明顯降低輪胎滾動阻力,并已成為研究的焦點[1-3]。
本工作將3種白炭黑應用于輪胎膠料配中,研究白炭黑對輪胎膠料性能的影響,并對膠性能進行對比。
1 實驗
1.1 主要原材料
白炭黑,牌號U,進口產品;白炭黑,牌號 TMG(A)和TM(B),通化雙龍化工股份有限公 司產品;偶聯劑Si69,南京曙光化工集團有限公 司產品。
1.2 試驗配方
NR 100,炭黑N234 52,氧化鋅 5,硬脂 酸 2,防老劑4010NA 3,芳烴油 5,偶聯劑 Si69 3,石蠟 1.5,促進劑NS 1.2,硫黃1·5,白炭黑(變品種) 變量。
1.3 主要設備與儀器
SK-160型開煉機,上海橡膠機械廠產品; QLB型平板硫化機,浙江湖州和孚橡機廠產品; C2000E型橡膠用無轉子硫化儀、M200E型門尼 粘度儀和T2000E型電子拉力機,北京友深電子儀器有限公司產品;Y3000E型壓縮升熱試驗機, 北京橡研院機電技術開發有限公司產品;T&E 型氮吸附比表面積儀,北京雄章科技發展有限公 司產品;LA-920型激光粒度分析儀,日本Horiba公司產品;DMTA V型動態力學分析儀,美國 Rheometric Scientific公司產品。
1.4 試樣制備
膠料在開煉機上混煉,輥溫為50~60℃。混煉膠在硫化機上進行硫化,硫化條件為143℃×20 min。
1.5 性能測試
各項性能均按相應的國家標準進行測定。
2 結果與討論
2.1 理化分析
白炭黑的理化分析結果如表1所示。
從表1可以看出,與白炭黑U相比,白炭黑 TM(B)的氮吸附比表面積和pH值基本相同, CTAB吸附比表面積較大;白炭黑TMG(A)的氮 吸附比表面積、CTAB吸附比表面積和pH值均較大,尤其是氮吸附比表面積比白炭黑U大約 33%。白炭黑的比表面積越大,補強性能越好。白炭黑U的粒徑大且分布寬,白炭黑TMG (A)的粒徑小且分布窄。白炭黑的粒徑及其分布 對膠料的加工性能有很大影響。
2.2 白炭黑品種及用量對膠料性能的影響
不同白炭黑對膠料性能的影響如表2所示。
從表2可以看出,3種白炭黑經偶聯劑改性 后,對硫化特性的影響無太大差別。白炭黑用量 增大,白炭黑U膠料的門尼粘度增幅最小,白炭黑 TMG(A)和TM(B)膠料的門尼粘度增幅較大,因此白炭黑U膠料的加工性能好于白炭黑TMG (A)和TM(B)膠料,這是由于白炭黑TMG(A) 和TM(B)的比表面積大、粒徑小且分布窄所致。
隨著白炭黑用量增大,膠料的邵爾A型硬度 基本不變,300%和500%定伸應力及拉伸強度減 小,但TMG(A)和TM(B)膠料的拉伸強度下降 趨勢較緩,拉斷伸長率增大。這是由于TMG(A)和TM(B)均有較大的CTAB吸附比表面積,可 吸附較多的偶聯劑。偶聯劑一端與白炭黑表面的 羥基生成共價鍵,另一端與橡膠形成共價鍵,將白 炭黑與橡膠界面有機地連接起來,從而提高了膠料的物理性能。白炭黑用量增大時,在應力作用 下吸附在填料表面的交聯鏈段沿該表面移動——— “滑移”,結果使應力重新分配到相鄰鏈段,拉斷伸 長率增大。
白炭黑TMG(A)和TM(B)膠料的抗撕裂性 能較白炭黑U膠料高,這是由于白炭黑TMG (A)和TM(B)具有較大的比表面積,經偶聯劑 Si69改性后,提高了與膠料的親和性,使得白炭黑與膠料的結合點增多。3種膠料的撕裂強度均 隨著白炭黑用量的增大而增大。含有補強填料的 橡膠中,填料-橡膠界面的多點破壞提供較多的耗 散能量的機會,而加入填料則使撕裂路線延長,這兩方面使撕裂能上升[4]。
與1#和2#配方相比,3#配方膠料的壓縮生 熱低,終動壓縮率小。隨著白炭黑用量的增大, 4#~6#配方膠料壓縮生熱均升高,而TMG(A) 膠料的壓縮生熱增幅較小。
白炭黑用量增大,白炭黑U膠料的阿克隆磨 耗量增大, TMG(A)和TM(B)膠料的阿克隆磨 耗量減小,其中TMG(A)膠料的減小幅度較大; 白炭黑U和TM(B)膠料的耐屈撓性能下降,而TMG(A)膠料的耐屈撓性能較好。這是由于白 炭黑TMG(A)有較大比表面積和較窄的粒徑分 布所致。
從動態力學性能上看,TMG(A)膠料0℃時 的tanδ值較大,說明硫化膠的抗濕滑性能較好。 TM(B)膠料在不同添加量時的tanδ值均較小, 則硫化膠具有較低的滾動阻力。
3 結論
(1)白炭黑TMG(A)膠料的耐磨、壓縮生熱和抗濕滑性能優于白炭黑U膠料。
(2)3種白炭黑中,TM(B)膠料的滾動阻力和抗撕裂性能較好。
(3)白炭黑U膠料的加工性能優于TMG(A)和TM(B)膠料。
(4)輪胎配方中加入3種白炭黑均可實現降低滾動阻力及生熱和提高抗濕滑性能的目的。
