白炭黑在NR／BR／SSBR并用胶中的应用.pdf

王小萍等 白炭黑在N R B R S S B R并用胶中的应用 3 3 白炭黑在 N R B R S S B R并用胶中的应用 王小萍 贾德民 宁凯军 1 华南理工大学 广州 5 1 0 6 4 0 I 2 广州金发科技有限公司 广州 摘要 研究了白炭黑 炭黑填充 N R B R S S B R并用胶的物理性能 用橡胶加工分析仪 R P A 2 O O O 分析 并用胶硫化性能和动态粘弹性的变化规律 结果表明 炭黑和白炭黑总量固定 白炭黑的用量增大时 并用 胶的物理性能略有下降 固特里奇压缩疲劳性能改善 并用胶的硫化速度减缓 且 t 和 t 的变化与白炭黑 的用量呈线性关系 6 0 C 的 t a n 8 值随白炭黑用量增大则呈下降趋势 即硫化胶的滚动阻力降低 关键词 白炭黑 灰黑 N R B R S S B R 滚动阻力 在汽车的燃料能耗中 约2 2 为发动机的有效能 其中与轮胎相关的能耗为6 6 而 滚动阻力在轮胎能耗中占有很大的比例 因此降低轮胎的滚动阻力是改善燃料经济性的一 种方法 绿色轮胎 的概念也由此产生 由于改进胎面胶的性能对降低轮胎滚动阻力进而减 少能耗最有效 促使近年来对胎面胶的研究十分活跃 其中自炭黑由于能降低轮胎的滚动阻 力而得到广泛关注 本工作研究了白炭黑部分或全部替代炭黑在 N R B R S S B R并用胶中 的应用 1 实验 1 1 原材料 N R 3 烟胶片 S S B R 沉淀法白炭黑 牌号S R 一1 9 0 S i 6 9 其它均为橡胶工业常用材 料 1 2 基本配方 N R 6 0 B R 2 0 S S B R 2 0 分散剂F s 一9 7 2 防老剂4 0 1 0 N A1 石蜡0 5 防老剂R D 1 硬脂 酸1 氧化锌 5 促进剂C A 1 促进剂D M0 5 炭黑N 3 3 0 变量 白炭黑变量 S i 6 9白炭黑用量 的 1 O 芳烃油 5 硫黄 1 5 1 3 试验仪 器 X K一1 6 0 开炼机 2 5 t 平板硫化机 X L L 一2 5 0 0 N橡胶拉力机 H D 1 0 型厚度机 X Y 一 1 邵尔A型橡胶硬计 Y s 一2 5 型压缩疲劳试验机 R P S 2 0 0 0 橡胶加工分析仪 1 4 试样制备及性能测试 塑炼N R 然后与B R和S S B R在开炼机上混炼 并加入配合剂 用R P A 2 0 0 0 橡胶加工分析仪测定 1 4 3 C 下的硫化时间t 并按t 在平板硫化机上硫 化 停放后测定试样的物理性能 磨耗性能和压缩疲劳性能 在 R P A 2 0 0 0 橡胶加工分析仪 上将胶料按 t 9 0 硫化后 冷却至 5 O C 再程序升温至 8 0 U 记录 6 O C时的t a n 占 值 2 结果与讨论 2 1 胶料硫化性能 配方中炭黑和白炭黑的总量保持固定 5 0份 白炭黑用量逐渐增大 使用R P A2 0 0 0 橡 胶加工分析仪测定混炼胶的硫化曲线 白炭黑用量对硫化曲线的影响如图 1 所示 从图 1 可以看出 随着白炭黑用量的增大 焦烧时间延长 热硫化期硫化曲线斜率减小 说明硫化起步延迟 硫化速度减慢 而到达平坦区的转矩提高 主要是由于白炭黑表面的硅 维普资讯 3 4 硅铝化 合物 I n o r g S i l i c o n l u m i n u m C o m p o u n d 2 0 0 4 年 第 2 期 总第 1 2 7 期 氧烷和硅烷醇基团使白炭黑呈微酸性 延迟硫化所致 其t 和t 的变化如图2 和图3 所示 曼 毫 3 絮 白炭黑 炭黑用量比 1 0 5 0 2 1 2 5 3 7 5 3 2 5 2 5 4 3 7 5 1 2 5 l 5 5 0 0 圈 1 白炭黑用量对硫化曲线的影响 相关因数为 0 9 8 4 2 图 2 白炭黑用量对混炼胶 t 的影响 白发黑用 相关因数为 o 9 9 6 6 图 3 白炭黑用量对混炼胶 t 的影响 随着白炭黑用量的增大 t o 和t o 都呈现增大趋势 通过回归分析 发现t 和t 与白炭黑 的用量呈良好的线性关系 其关系式如下 t 1 0 2 9 9 4 十 0 0 3 3 6 8 X 1 t 9 o 8 6 9 2 0 1 5 4 5 6 X 2 式中x为白炭黑的用量 2 2 物理性能 白炭黑用量对硫化胶物理性能的影响如表 1 所示 由表 1 可见 随白炭黑用量增大 硫化胶扯断伸长率和扯断永久变形变化不大 而拉伸 强度 定伸应力和撕裂强度都呈下降趋势 这是由于炭黑和白炭黑的补强机理不同 z 炭黑 表面含有羧基 醌基 酚基和内酯基等含氧基团 可与橡胶形成结合胶 从而提高硫化胶强 度 而白炭黑表面由于有均匀的硅氧烷的硅烷醇基 填料之间的相互作用力较大 而橡胶与 维普资讯 王小萍等 白炭黑在 N R B R S S B R并用胶中的应用 3 5 填充荆极性相差较大 橡胶与填充剂的相互作用较弱 表现出硫化胶强度较低 硫化胶的硬 度随白炭黑用量增大而提高 则与白炭黑之间的相互作用力较大有关 表 1 白炭黑用量对硫化胶物理性能的影响 2 3 磨耗性能 硫化胶试样阿克隆磨耗试验结果如图4 所示 随着白炭黑用量的变化 硫化胶的阿克隆 磨耗量在0 1 7 9 O 2 0 1 c m 之间变化 并随白炭黑用量增大而略呈现上升趋势 但变化不 大 说明白炭黑与炭黑磨耗性能作用相当 2 4 压缩疲劳性能 白炭黑用量对硫化胶压缩疲劳性能的影响如图 5 所示 从图 5 可以看出 随白炭黑用量 的增大 固特里奇压缩温升呈现明显下降趋势 压缩永久变形基本保持一致 说明白炭黑部 分或全部取代炭黑 可降低胶料压缩变形过程中的生热量 明显改善硫化胶的压缩疲劳性 能 吕 蜩l 耀 盥 蕾 jI 宦 圈4 白炭黑用量对硫化胶磨耗性能的影响 囝5 白炭黑用量对硫化胶压缩疲劳性能的影响 维普资讯 3 6 硅铝化舍物 I n o r g S i l i c o n l u mi n u m C o m p o u n d 2 0 0 4年第2 期 总第1 2 7 期 2 5 动态性能 6 0 时白炭黑用量对硫化胶 t a n 8 值的影响如图 6 所示 由图 6 可以看出 随着白炭黑用量的增大 硫化胶的t a n 6 值明显下降 且其变化与白炭 黑用量呈线性关系 其关系式如下 Y 0 4 7 0 0 01 3 8 X 3 式中Y为硫化胶在 6 0 下的 t a n 6 值 X为白炭黑用量 O 1 2 要 ol O o 0 8 O 0 6 o J o 2 0 3 0 4 O 5 O 白炭黑用赜 份 相关因数为 0 9 8 1 8 图 6 白炭黑用量对硫化胶 6 O 下t a n 艿 值的影响 由于白炭黑胶料的P a y n e 效应比炭黑胶料高得多 全白炭黑胶料在 6 0 下的t a n 6 值几 乎只有全炭黑胶料的一半 说明白炭黑的应用可明显改善硫化胶的滚动阻力0 3 结论 用白炭黑部分或全部替代炭黑 N R B R S S B R并用胶各项性能变化如下 1 并用胶的硫化时间随白炭黑用量的增大而延长 且焦烧时间t 和正硫化时间t 均 与白炭黑用量呈线性关系 2 并用胶的综合物理性能随白炭黑用量的增大而略有下降 3 并用胶的磨耗性能随白炭黑用量增大而略呈现上升趋势 4 并用胶的压缩疲劳温升随白炭黑用量增大而明显下降 而压缩永久变形基本保持不 变 5 并用胶在 6 O 下的 t a n 6 值随自炭黑用量增大而呈线性下降 表明硫化胶的滚动阻 力显著降低 参考文献 1 Ww l f f S S i l i c a b a s e d t r e a d c o m p o u n d b a c k g r o u n d a n d p e r f o r m a n c e A T i r e T e c h 9 3 c B a s e 1 S w i t z e r l a n d 1 9 9 3 2 7 l z J Wa n g M J Wo l f f S D o n n e t J B F i l l e r e l a s t o me r i n t e r a c t i o n s 1 s t h c a s u r f a c e e n e r g i e s a n d t n t e r a c t i o n s w i t h m o d e l c o m p o u n d s J R u b b e r C h e m T e c h n o 1 1 9 9 0 6 3 3 5 5 9 5 6 8 3 W o l f f S Wa n g M J T a n E