David Jividen1,Harvey Kaufman2(1·Western Reserve Chemical Corp.,Stow,Ohio;2·Polymer Process Technologies,Akron,Ohio)
众所周知,在轮胎胎面胶中使用白炭黑和偶联剂可以改善轮胎的性能,即滚动阻力、磨耗和牵引性能。但是这种胶料的加工很困难也是众所周知的。这些困难部分来源于白炭黑粒子间强烈的相互作用。硅烷偶联剂可以有效地降低填料与填料之间的相互作用,促进聚合物与填料的相互作用。
PPT-HDI是一种有效的廉价分散剂,它能极大地提高混炼效率,可以使偶联剂在用量很低的情况下便能有效降低填料与填料之间的相互作用。
1 实验
本研究中选用典型添加白炭黑的轿车轮胎胎面胶(胶料配方见表1),混炼采用常规的二段密炼工艺。
试验胶料硫化至硫变仪测量的正硫化点(t90),硫化胶性能采用工业上通常应用的方法来测定。
2 混炼
一种有效的分散剂将减少混炼过程中的能量消耗并能够使填料快速地混入。功率消耗测量结果(见表2)表明,添加分散剂可以降低功率消耗和胶料温度。
加与不加分散剂的胶料混炼功率曲线表明,随着白炭黑、偶联剂和分散剂的加入,功率消耗量立即急剧增大,尔后又迅速降低。当白炭黑与偶联剂单独加入时却看不到明显的波峰。这种差异被认为是由于分散剂迅速打碎了白炭黑附集体的结果。波峰的比较也表明加入分散剂后白炭黑的混入加快了。
3 流变性能
硫化仪数据(见表3)表明了含有分散剂的混炼胶具有较低转矩值,转矩值较低通常表明填料与填料之间的相互作用较弱。
4 硫化性能
分散剂对硫化速度有轻微的延迟作用,从而导致硫化胶物理性能降低(见表4)。没有试图为本研究调节硫化速度或硫化程度,这个问题将留给配方设计人员。应注意,作为公认的衡量聚合物与填料间相互作用的300%和100%定伸应力的比值没有改变。补强指数保持率表明,提高促进剂和/或硫化剂用量可在合适的硫化速度下使硫化胶物理性能得到恢复。
5 动态性能
加与未加分散剂胶料的弹性模量测量结果表明,加入分散剂胶料的弹性模量较低(见图1)。弹性模量低表明填料与填料间的相互作用较弱,也就是说填料粒子得到了较好的分散。弹性模量低也可以反映出胶料比较容易加工以及改善了挤出型胶的尺寸稳定性。
加入分散剂还可以降低损耗模量(见图2)。损耗模量是填充剂网络破坏和重新形成的一个量度。由于胶料粘度低,而白炭黑粒子具有较高的扩散速度,硫化过程中填料有可能发生再附聚。对于加入分散剂的混炼胶来说,损耗模量低可能归因于硫化过程中分散剂具有降低白炭黑粒子扩散速度和再附聚的能力。
6 除静电作用
填加白炭黑的胶料中容易产生静电积累,静电积累部分是由于白炭黑本身的绝缘性所致。白炭黑粒子表面上的偶联剂使它们的导电性进一步降低。了解了分散剂的特性才知道,分散剂有可能通过提高胶料的导电性来有效地减少静电积累。为了检验这种可能性,按照“联邦政府试验方法4046”使用静电衰减仪测试了含有和不含有分散剂硫化胶的抗静电性能。含有分散剂样品的静电荷快速地消散。通过加与不加分散剂的胶料表面电荷消散时间对比可知,在相对湿度为11·7%的条件下,不含HDI(A)和含3份HDI(B)的样品,表面感应+5 000和-5 000 V电荷消散的时间分别为:样品A:正电荷 210 s,负电荷 136s;样品B:正电荷 131 s,负电荷 102 s。分散剂在本试验条件下提高静电荷消散的能力和在轮胎上实用时的相关性还待测定。
7 结语
研究了一种极性材料对胶料中白炭黑分散性的影响。对填充剂分散性和加工性能改进的积极作用表明,值得对其在轮胎试验中进行进一步评价。在高填充量白炭黑的胶料中它对消除静电是非常有效的。
(王宇翔摘译 涂学忠校)
译自美国“Rubber Division 156th TechnicalMeeting”,Paper No.36
