焦志民1,白英杰2,孙 玉1,杜崇恩2(1.北京橡胶工业研究设计院,北京 100143;2.通化双龙化工股份有限公司,吉林通化 134006)
摘要:研究国内外3种白炭黑对轮胎胶料性能的影响,并对胶料性能进行对比。结果表明,3种白炭黑具有降低 滚动阻力和生热,提高抗湿滑性的作用,其中白炭黑TM(B)胶料的滚动阻力和抗撕裂性能较好。白炭黑TMG(A)胶料的耐磨、压缩生热和抗湿滑性能优于白炭黑U胶料。
关键词:白炭黑;轮胎;胶料;耐磨性能;生热
中图分类号:TQ330.38+1;TQ336.1文献标识码:B文章编号:1006-8171(2008)09-0548-03
随着汽车的普及、交通的发展、石油价格的上 涨以及国家节能减排政策的出台,轮胎的低油耗、 高速度、高安全性及长使用寿命越来越受到人们 的关注,轮胎向着低滚动阻力、优异的抗湿滑和耐磨性能发展。白炭黑应用在轮胎胶料中可明显降低轮胎滚动阻力,并已成为研究的焦点[1-3]。
本工作将3种白炭黑应用于轮胎胶料配中,研究白炭黑对轮胎胶料性能的影响,并对胶性能进行对比。
1 实验
1.1 主要原材料
白炭黑,牌号U,进口产品;白炭黑,牌号 TMG(A)和TM(B),通化双龙化工股份有限公 司产品;偶联剂Si69,南京曙光化工集团有限公 司产品。
1.2 试验配方
NR 100,炭黑N234 52,氧化锌 5,硬脂 酸 2,防老剂4010NA 3,芳烃油 5,偶联剂 Si69 3,石蜡 1.5,促进剂NS 1.2,硫黄1·5,白炭黑(变品种) 变量。
1.3 主要设备与仪器
SK-160型开炼机,上海橡胶机械厂产品; QLB型平板硫化机,浙江湖州和孚橡机厂产品; C2000E型橡胶用无转子硫化仪、M200E型门尼 粘度仪和T2000E型电子拉力机,北京友深电子仪器有限公司产品;Y3000E型压缩升热试验机, 北京橡研院机电技术开发有限公司产品;T&E 型氮吸附比表面积仪,北京雄章科技发展有限公 司产品;LA-920型激光粒度分析仪,日本Horiba公司产品;DMTA V型动态力学分析仪,美国 Rheometric Scientific公司产品。
1.4 试样制备
胶料在开炼机上混炼,辊温为50~60℃。混炼胶在硫化机上进行硫化,硫化条件为143℃×20 min。
1.5 性能测试
各项性能均按相应的国家标准进行测定。
2 结果与讨论
2.1 理化分析
白炭黑的理化分析结果如表1所示。
从表1可以看出,与白炭黑U相比,白炭黑 TM(B)的氮吸附比表面积和pH值基本相同, CTAB吸附比表面积较大;白炭黑TMG(A)的氮 吸附比表面积、CTAB吸附比表面积和pH值均较大,尤其是氮吸附比表面积比白炭黑U大约 33%。白炭黑的比表面积越大,补强性能越好。白炭黑U的粒径大且分布宽,白炭黑TMG (A)的粒径小且分布窄。白炭黑的粒径及其分布 对胶料的加工性能有很大影响。
2.2 白炭黑品种及用量对胶料性能的影响
不同白炭黑对胶料性能的影响如表2所示。
从表2可以看出,3种白炭黑经偶联剂改性 后,对硫化特性的影响无太大差别。白炭黑用量 增大,白炭黑U胶料的门尼粘度增幅最小,白炭黑 TMG(A)和TM(B)胶料的门尼粘度增幅较大,因此白炭黑U胶料的加工性能好于白炭黑TMG (A)和TM(B)胶料,这是由于白炭黑TMG(A) 和TM(B)的比表面积大、粒径小且分布窄所致。
随着白炭黑用量增大,胶料的邵尔A型硬度 基本不变,300%和500%定伸应力及拉伸强度减 小,但TMG(A)和TM(B)胶料的拉伸强度下降 趋势较缓,拉断伸长率增大。这是由于TMG(A)和TM(B)均有较大的CTAB吸附比表面积,可 吸附较多的偶联剂。偶联剂一端与白炭黑表面的 羟基生成共价键,另一端与橡胶形成共价键,将白 炭黑与橡胶界面有机地连接起来,从而提高了胶料的物理性能。白炭黑用量增大时,在应力作用 下吸附在填料表面的交联链段沿该表面移动——— “滑移”,结果使应力重新分配到相邻链段,拉断伸 长率增大。
白炭黑TMG(A)和TM(B)胶料的抗撕裂性 能较白炭黑U胶料高,这是由于白炭黑TMG (A)和TM(B)具有较大的比表面积,经偶联剂 Si69改性后,提高了与胶料的亲和性,使得白炭黑与胶料的结合点增多。3种胶料的撕裂强度均 随着白炭黑用量的增大而增大。含有补强填料的 橡胶中,填料-橡胶界面的多点破坏提供较多的耗 散能量的机会,而加入填料则使撕裂路线延长,这两方面使撕裂能上升[4]。
与1#和2#配方相比,3#配方胶料的压缩生 热低,终动压缩率小。随着白炭黑用量的增大, 4#~6#配方胶料压缩生热均升高,而TMG(A) 胶料的压缩生热增幅较小。
白炭黑用量增大,白炭黑U胶料的阿克隆磨 耗量增大, TMG(A)和TM(B)胶料的阿克隆磨 耗量减小,其中TMG(A)胶料的减小幅度较大; 白炭黑U和TM(B)胶料的耐屈挠性能下降,而TMG(A)胶料的耐屈挠性能较好。这是由于白 炭黑TMG(A)有较大比表面积和较窄的粒径分 布所致。
从动态力学性能上看,TMG(A)胶料0℃时 的tanδ值较大,说明硫化胶的抗湿滑性能较好。 TM(B)胶料在不同添加量时的tanδ值均较小, 则硫化胶具有较低的滚动阻力。
3 结论
(1)白炭黑TMG(A)胶料的耐磨、压缩生热和抗湿滑性能优于白炭黑U胶料。
(2)3种白炭黑中,TM(B)胶料的滚动阻力和抗撕裂性能较好。
(3)白炭黑U胶料的加工性能优于TMG(A)和TM(B)胶料。
(4)轮胎配方中加入3种白炭黑均可实现降低滚动阻力及生热和提高抗湿滑性能的目的。
