陈 宏1,李花婷1,李炜东1,马维德1,张新军1,于国柱2(1.北京橡胶工业研究设计院,北京 100039;2.北京燕山石油化工公司研究院,北京 102250)摘要:研究白炭黑等量替代炭黑对集成橡胶(SIBR)胶料性能的影响。结果表明,白炭黑部分和完全替代炭黑,SI-BR硫化胶的耐磨性能改善,0℃时的tanδ值增大,60℃时的tanδ值减小。用20~30份白炭黑等量替代炭黑,可获得加工性能、综合物理性能、耐磨性能、抗湿滑性能好和滚动阻力小的SIBR胎面胶。
关键词:集成橡胶;白炭黑;炭黑;胎面胶
中图分类号:TQ333·99;TQ330·38+3文献标识码:B文章编号:1006-8171(2005)03-0148-04
集成橡胶(SIBR)是以苯乙烯(St)、异戊二烯(Ip)和丁二烯(Bd)单体为原料,通过分子设计、控制聚合物化学组成和微观结构合成的[1],是锂系橡胶重要的改性型产品[2]。
SIBR具有NR,BR和SBR的结构单元,集成了NR,BR和SBR性能的优点。用SIBR作胎面胶主体材料,既可克服NR/BR/SBR共混胶微观相分离的缺点,又可解决胎面胶耐磨性能、抗湿滑性能和滚动阻力之间的矛盾,达到高性能轮胎对胎面胶性能的要求[3,4]。同时,使用白炭黑也是降低轮胎滚动阻力的有效方法。为促进SIBR在高性能轮胎中的应用,本工作研究白炭黑等量替代炭黑对SIBR胶料性能的影响。
1 实验
1·1 主要原材料
SIBR,St/Ip/Bd质量比为25/40/35,门尼粘度[ML(1+4)100℃]为78,北京燕山石油化工公司研究院中试产品;炭黑N375,天津海豚炭黑有限公司产品;易分散白炭黑,牌号Z 1165 MP,青岛罗地亚白炭黑有限公司产品。
1·2 胶料配方
SIBR 100,氧化锌 4,硬脂酸 2,软化剂8,防老剂 3.5,硫黄 1.5,炭黑N375、白炭黑、偶联剂Si69、促进剂NS 变量(见表1,其中炭黑N375和白炭黑总用量为70份),其它 2.2。
1·3 试样制备
1#配方胶料采用常规二段混炼工艺混炼。一段混炼在1.57 L本伯里密炼机(英国FarrelBridge公司产品)中进行,加料顺序为:SIBR→小料→白炭黑→炭黑→软化剂;二段混炼加入硫黄和促进剂,在XK-160A型开炼机(上海橡胶机械厂产品)上进行。
2#~6#配方胶料采用三段混炼工艺混炼。一段和二段混炼在1.57 L本伯里密炼机中进行,一段混炼加入SIBR、白炭黑和炭黑,二段混炼加入小料和软化剂;三段混炼加入硫黄和促进剂,在XK-160A型开炼机上进行。硫化在平板硫化机上进行,硫化条件为150℃×t90。
1·4 性能测试
(1)门尼粘度和门尼松弛试验在M200E型门尼粘度试验仪(北京友深电子仪器有限公司产品)上进行。门尼松弛试验条件为:温度 100℃,松弛时间 120 s。
(2)滚动损失在登录普旋转功率损失仪上测试。
(3)耐磨性能试验在LAT100型磨耗试验机(荷兰VMI公司产品)上进行。
(4)动态力学分析(DMA)在DTMA-Ⅳ型动态粘弹谱仪(美国Rheometric ScientificTM公司产品)上进行。测试条件为:频率 10 Hz,应变 0.5%,温度 -80~+100℃,升温速率 2℃·min-1。
(5)其它性能按相应国家或行业标准测试。
2 结果与讨论
2.1 白炭黑等量替代炭黑对混炼胶性能的影响
(1)门尼粘度和门尼松弛
门尼粘度和门尼松弛反映胶料的加工性能。门尼粘度小及门尼松弛时间(t70,t80和t90)短、应力松弛面积A(由截距k和斜率a计算得出)小,胶料的加工性能好。白炭黑等量替代炭黑对混炼胶门尼粘度和门尼松弛的影响见表2。从表2可以看出,白炭黑部分和完全替代炭黑的混炼胶门尼粘度稍有增大,门尼松弛时间t70和t80不变,t90稍有延长;白炭黑部分替代炭黑的混炼胶A稍有增大,完全替代炭黑的混炼胶A显著增大,这表明白炭黑等量替代炭黑,尤其是完全替代炭黑的胶料加工性能变差。
白炭黑等量替代炭黑对混炼胶门尼焦烧和硫化特性的影响见表3。从表3可以看出,白炭黑等量替代炭黑后,随着白炭黑用量的增大,混炼胶的门尼焦烧特性时间t5和t35及硫化时间t90延长,这是因为白炭黑粒子小、比表面积大,会吸附胶料中的促进剂,使胶料的硫化速度下降。因此,在配方设计时,应根据白炭黑用量变化调整促进剂用量,避免胶料硫化速度过低。
2·2 白炭黑等量替代炭黑对硫化胶性能的影响
2·2·1 物理性能
白炭黑等量替代炭黑对硫化胶物理性能的影响如图1~5和表4所示。从图1~5可以看出,随着白炭黑用量的增大,硫化胶的拉伸强度、拉断伸长率和100%定伸应力先增大,在白炭黑用量为25,40和10份左右分别达到最大值,其后减小;硬度略有降低;撕裂强度显著增大,在白炭黑用量超过50份后趋于稳定;回弹值先增大,压缩温升和滚动损失先降低,在白炭黑用量为15~50份时变化不大,白炭黑完全替代炭黑后,回弹值增幅及压缩温升和滚动损失降幅较大。
从表4可以看出,全白炭黑硫化胶的耐磨性能优异;白炭黑用量为20和30份的硫化胶耐磨性能也较好,这可能是易分散白炭黑在胶料中的分散性较好,与橡胶之间作用强的缘故。
2·2·2 动态力学性能
硫化胶的DMA谱如图6所示,0和60℃时的tanδ值如表5所示。从图6和表5可以看出,白炭黑部分和完全替代炭黑后,硫化胶的玻璃化温度向高温方向偏移,0℃时的tanδ值增大,60℃时的tanδ值减小,且白炭黑用量越大,60℃时的tanδ值越小,这与滚动损失变化趋势吻合。这表明,白炭黑部分和完全替代炭黑后,硫化胶的抗湿滑性提高,滚动阻力减小。
3 结论
(1)白炭黑部分和完全替代炭黑,SIBR硫化胶的耐磨性能总体改善,0℃时的tanδ值增大,60℃时的tanδ值减小,且白炭黑用量越大,60℃时的tanδ值越小。
(2)用20~30份白炭黑等量替代炭黑,可获得加工性能、综合物理性能、耐磨性能、抗湿滑性能好和滚动阻力小的SIBR胎面胶。
