赵志正 (中橡集团西北橡胶塑料研究设计院,陕西咸阳712023) 编译
摘要: 文中介绍了俄罗斯新开发成功的白炭黑Росил175的物理化学性能。分别将它及与其相近似的Zeosil 1165 MP加入丁苯橡胶,制成轿车轮胎胎面胶胶料及硫化胶,对它们的性能作了对比评估。与此同时,还对含有硅烷的白炭黑Coupsil 8108、Coupsil 8113进行了试验研究。将Росил175及Zeosil 1165MP分别跟有机硅烷Si-69一起加入胶料,对其配合性能也进行了分析研究。
关键词: 二氧化硅填充剂(白炭黑);绿色轮胎;胎面胶
中图分类号:TQ 330.38+1 文献标识码:B 文章编号:1671-8232(2006)11-0005-03
在轿车轮胎胎面胶中加大沉淀法白炭黑的用量的做法在其他国家早已十分普遍,而在俄罗斯的轮胎工厂中却不常见。这是由于客观原因所致。原因之一是,俄国还缺乏能够满足轮胎厂要求的物理化学性能及结构参数的高比表面积白炭黑。
然而生产“绿色轮胎”已成为当今时代的要求,所以俄罗斯就在工业化试生产的条件下,着手在轿车子午线轮胎胎面胶配方中对白炭黑填料进行了试验研究。俄国БС-120白炭黑生产厂使用的是碳酸沉淀法工艺。这种生产工艺还需进行实质性的改进,才能生产出具有较高的比表面积和最佳结构的白炭黑。“索达”股份有限公司(斯捷尔里塔玛克)研究开发了俄国产白炭黑填充剂Росил175,根据氮吸附值,它的比表面积为161~190 m2/g。
大家知道,在使用白炭黑填充剂,并用硫黄硫化的情况下,必须在胶料配方中添加偶联剂—硅烷。通常使用的是双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物(TESPT),其牌号是Si-69。此外,许多厂商正在生产表面经双官能有机硅烷改性的不同牌号的白炭黑。
与含炭黑的胎面胶相比,含有白炭黑填充剂的橡胶一般可大大降低滚动阻力,在湿路面上的高抓着力,其耐磨性与炭黑胎面胶相近。测定轮胎滚动阻力及抓着力,在一般轮胎厂实验室的条件下是不可能做到。因此,为了对在试验室里制备的橡胶各项性能进行表征,采用了某种程度上与上述各项性能有关联的一些指标。
文中对使用了物理-化学性能相近的Росил175和Zeosil 1165MP的轿车轮胎胎面胶性能进行了对比和评估。此外,还饶有兴趣地评估了橡胶的各项性能,具体条件是将白炭黑与双官能有机硅烷(Si-69,德国德固赛公司产品)分别加入,胶料中含有预先经Si-69改性的白炭黑。该文作者曾在试验室里对含硅烷的两种二氧化硅白炭黑Coupsil 8108和Coupsil 8113(德固赛公司产品)进行了试验,并且,和Zeosil 1165 MP(法国罗地亚公司)进行了比较,后者与有机硅烷Si-69一起添加。他们对俄国产的Росил175也进行了实验室试验,Росил175也与Si-69一起添加。
为了评估白炭黑填充剂的性能,在标准胶料(前苏联技术条件ТУ2168-038-00204872-2001)中也进行试验。胶料用实验室开炼机制备。试验表明,Zeosil 1165 MP具有最大的补强性能(见表1);在这种情况下,用MDR 2000测得的硫化胶的硫化特性及500%定伸应力也比较高。含有Coupsil 8113的胶料具有最低的门尼粘度,这证明,含有这种白炭黑填充剂的胶料加工性能良好。
为了研究白炭黑填充剂对胶料物理机械性能的影响,曾制备了白炭黑含量不同的(10~50质量份)的胶料,胶料组份不变。含硅烷的白炭黑填充剂的用量在11~55质量份之间变化。试验对象是以丁苯橡胶БСК(100质量份)+白炭黑(45)+П245炭黑(20)为基础的环保型轮胎胎面胶料配方。
众所周知,含有白炭黑的橡胶使用性能的平衡只有在精确地选择混炼条件和正确地选择交联剂的前提下才能达到。该文作者曾经选用
德固赛公司推荐的胶料的混炼条件。胶料用实验室密炼机,采用两段法制备。在第一阶段,混炼周期之初将生胶投入,然后塑炼60 s,添加氧化锌、白炭黑,硅烷和硬脂酸并混炼120 s,然后加入炭黑及ПН-6Ⅲ油,混炼270 s,再加入IPPD,ацетонанилР,蜡及古马隆-茚树脂。第一阶段总的混炼时间为600 s。在第二阶段添加硫黄和促进剂CZ。
胶料性能取决于白炭黑的含量。对所得到的关系曲线的分析表明,加大白炭黑含量下,性能变化的特征与白炭黑的品种无关。这表明,白炭黑含量不同,含有Coupsil 8108的胶料的粘度最高,而含有Zeosil 1165 MP的胶料的粘度最低;含有Coupsil 8113和Росил175的两种胶料的粘度居中,其中含有Росил175的胶料的粘度值与含Zeosil 1165 MP的胶料的粘度值十分接近(见图1)。因此,同含有其它白炭黑的胶料相比,含有Zeosil 1165 MP胶料的加工比较容易进行。最小扭矩的变化特征实际上是相同的(图2)。然而,在白炭黑含量小的情况下(在30质量份以下),最小扭矩值与白炭黑的品种无关。因此,根据未硫化胶料的性能,含有分别加入有机硅烷的几种胶料,无论是含Zeosil 1165MP的还是含Росил175的,都表现出某些优点。
填充Coupsil 8108白炭黑的硫化胶300%定伸应力值最低(图3)。白炭黑Coupsil 8113与Zeosil 1165 MP在胶料中的补强性能差不多。在滞后损失方面,含Zeosil 1165 MP白炭黑的胶料表现出一定的优势(图4)。
依照文献[1]提出的方程式可预测所研究橡胶的内聚特性。通过硫化胶的硬度和弹性指标值可计算出摩擦系数。研究发现,摩擦系数的变化特征与白炭黑含量的相互关系,和白炭黑的牌号无关。但是,在文中所研究的白炭黑所有含量范围内,含有Zeosil 1165 MP的胶料具有最高的性能指标。
综上所述,和含有Coupsil 8108及Coupsil8113的胶料和硫化胶相比,含有Zeosil 1165 MP和硅烷的胶料及硫化胶具有最优异的性能。含有Росил175的胶料在综合性能上,近似于含Zeosil 1165 MP的胶料,但是其粘度比较高。看来,这是由于它在胶料中的分散度不够高之故。很明显,这与吸附表面的多相性及表面上的硅烷基团的数量较少有关。Росил175的性能及表面特性的影响可作为下一个研究课题。
在混炼时间相同的条件下,加入预先改性的白炭黑,其优越性就不能表现出来,而这些优越性正是基于填充剂表面发生疏水化,使该填充剂可快速地深入橡胶基质中并分散开。根据已获得的数据可以确认,对俄国生产的Росил175白炭黑作进一步优化是可行的,使用它时要与其他补强剂分别添加,在制备阶段不要对它进行改性。
