白炭黑补强NR胶料性能的影响

1、白炭黑补强NR胶料性能的影响600橡胶工业2008年第55卷混炼工艺对炭黑/口炭黑补强NR胶料性能的影响谢斌(双钱集团股份双钱载重轮胎公司，上海201111)摘要:研究混炼工艺对炭黑/口炭黑补强NR胶料性能的影响.结果表明，就压缩疲 劳和耐裂口增长等性能而言，延长混炼时间，除口炭黑和硅烷偶联剂外的小料尽量后加的混炼方案和先制成炭黑母炼胶，再加入白炭黑和硅烷偶联剂，然后加硫化剂的混炼方案较好;就生产效率而言,将炭黑以及口炭黑和硅烷偶联剂分别制成母炼胶，然后与硫化剂合并混炼的方案较好，其综合物理性能也可满足生产需要,实用性较强.关键词:NR;炭黑;口炭黑;硅烷偶联剂;混炼工艺中图分类号：TQ33o

2、.383/7;TQ330.63;TQ332文献标识码:B 文章编号:1000890X(2008) 10060003炭黑和口炭黑并用可以在降低轮胎生热的同时保证其耐磨性能_1,增大口炭黑用量可以改进胎面抗撕裂，耐切割和抗崩花掉块性能.使用硅烷偶联剂可改善口炭黑的分散，进一步降低生热和减小磨耗混炼工艺，如混炼温度，混炼时间和加料顺序等对胶料性能影响显着,进而影响产品性能.本工作研究混炼工艺对炭黑/白炭黑补强NR胶料性能的影响.1实验1主要原材料NR,牌号RSS3,泰国产品;炭黑N234,上海卡博特化丄产品;沉淀法口炭黑和硅烷偶联剂X50S,青岛德固赛化学产品.1.2试验配方NR100,炭黑40,沉

3、淀法口炭黑15,硅烷偶联剂X50S7,氧化锌/硬脂酸/微晶蜡5,防老剂40201,防老剂RD1,硫黄1.1,促进剂 CZ1.6.1.3主要设备和仪器F270型密炼机,26X84型开炼机,XLB-Q400 X 400 X 2型蒸汽平板硫化机,XQ 250型拉力 试验机,STCN型热空气老化箱.RPA2000型橡 胶加工分析仪.RIOOE型硫化仪,UD-38O1型压 作者简介:谢斌(1983 )，男，上海人,双钱集团股份 助理工程师，学士，从事橡胶与轮胎的研究开发工作. 缩生热试验机.1.4混炼和硫化工艺(1)混炼工艺方案A：段混炼为NR炭黑，白炭黑，硅烷偶联剂，氧化锌,硬脂酸，微晶蜡和防老剂等提

4、压舵清理，压压碇二提压碇清理，压压舵排胶终炼为一段母炼胶和硫化剂一 40s 提压舵清理,压压碇排胶.方案B:段混炼为NR,口炭黑，硅烷偶联剂,2/3炭黑二1/3炭黑，硬脂酸,微晶蜡和防老 剂等三氧化锌三提压舵清理，压压碇排胶.终炼为一段母炼胶和硫化剂二二1二提压碇清 理,压压碇排胶.方案C:一段混炼为部分NR,口炭黑，硅烷偶联剂三提压舵清理，压压碇排胶得母炼胶1;剩余NR,炭黑，氧化锌,硬脂酸，微晶蜡和防老剂等1三提压舵清理，压压碇排胶得母炼胶2.终炼为一段母炼胶1,母炼胶2和硫化剂1二提压舵清理，压压陀排胶.方案D：段混炼为NR,炭黑,氧化锌，硬脂酸，微晶蜡和防老剂等_二二提压碇清理，压压舵

5、排胶;二段混炼为一段母炼胶,口炭黑和硅烷偶联剂三提压舵清理，压压碇排笫1O期谢斌.混炼工艺对炭黑/口炭黑补强NR胶料性能的影响601胶终炼为二段母炼胶和硫化剂二提圧陀清理,压压碇排胶.(2)硫化工艺胶料采用开炼机压片，平板硫化机硫化，硫化温度为150.C.1.5性能测试胶料各项性能均按相应国家标准进行测试.2结果与讨论2动态粘弹性能混炼工艺对混炼胶弹性模量(G)应变()曲线的影响如图1所示.试验温度为10(TC,转速为 20r?min.图1混炼工艺对混炼胶G-曲线的影响方案A;方案B;方案C;一方案D.从图1可以看出，所有试样均显示出Payne效应的典型非线性特性，这是山于混炼胶体系中填充剂一

6、填充剂和聚合物填充剂网络随着应变的增大而受到破坏.填充剂之间相互作用减弱会导致Payne效应减弱,G随着应变的增大而减小.图1显示,胶料的Payne效应按照方案A,C,B,D 的顺序依次减弱.Payne效应强，往往意味着填 充剂山于其粒子之间的相互作用较强而变得比较 容易聚集,对相同配方胶料来说，则表示其中填充 剂分散较差.Payne效应可望通过硅烷偶联剂和 口炭黑之间反应效率的提高而减弱.对图1分析可以得出，完全没有考虑硅烷偶 联剂和口炭黑之间反应的方案A胶料中填充剂 分散性最差,因此其性能应最差;方案D胶料性 能应最好.而为避免其它配合剂影响口炭黑与硅 烷偶联剂之间的反应，将其它配合剂以及

7、口炭黑 和硅烷偶联剂分别同NR混炼再合并混炼的方案 C却没有取得预期效果，这可能与两种混炼胶在 合并混炼时难以达到良好的混合有关.方案A,B,C和D胶料在温度为60C,频率 为10Hz,应变为7时的tan(值分别为0.187,4种方案胶料tan的数值不同是试验误差所致.2.2拉伸性能混炼工艺对硫化胶拉伸性能的影响如表1所 示，硫化时间为25min.表1混炼工艺对硫化胶拉伸性能的影响 从表1可以看出，混炼工艺不同的4种硫化 胶50和100定伸应力完全相同;300定伸应 力从大到小依次为方案B,D,C,A硫化胶;拉伸 强度除方案B硫化胶稍大外，其余3种方案硫化 胶基本相同;拉断伸长率山大到小依次为

8、方案A, C和D.B硫化胶.在含口炭黑的胶料中加入硅烷偶联剂可以改 善胶料的加工性能，降低生热和减小磨耗,此外硫 化胶的定伸应力和拉伸强度会有所增大,拉断伸 长率会明显减小.对于相同的含有口炭黑和硅烷 偶联剂的配方，定伸应力和拉伸强度的增大或者 拉断伸长率的减小应该说明胶料中自炭黑与硅烷 偶联剂反应较完全如按此推理，方案A胶料中 口炭黑与硅烷偶联剂的反应最不完全，方案B胶 料中自炭黑与硅烷偶联剂的反应最完全，方案C 和D胶料中白炭黑与硅烷偶联剂的反应程度相 当并处于方案A和B之间.方案A在工艺上没有特别考虑口炭黑与硅 烷偶联剂的反应，因此相应硫化胶性能应较差. 但从表1看来，方案A硫化胶的性能

9、较好.这 可能是山于配方中硅烷偶联剂与口炭黑的比例 过大造成的硅烷偶联剂与口炭黑的比例并非 越大越好，随着工艺的完善，白炭黑与硅烷偶 602橡胶工业2008年第55卷联剂的反应趋向完全，此时可适当减小硅烷偶联 剂用量.2.3压缩疲劳性能混炼工艺对硫化胶压缩疲劳性能的影响如表2所示.表2不同混炼工艺硫化胶的压缩疲劳温升。C0.03)MPa;温度(551)C.从表2可以看出，压缩疲劳温升由大到小依 次为方案A,C,D,B硫化胶，其中方案B与方案 D硫化胶的压缩疲劳温升相当接近.2.4耐裂口增长性能轮胎是在长时间使用过程中逐步累积而最终 被撕裂的，因此普通撕裂试验并不能很好地模拟 这种情况，试验结果

10、也就不能很好地表征轮胎的 抗撕裂能力现试图使用一种非标准的方法来测 试硫化胶的耐裂口增长能力.试验时将每种方案的胶料各制成1。个形状致的硫化胶试样并依次放在固定装置上，固定 装置上方安装一把能自由落下的钝刀片.刀片厚 度，质量和落下的高度可以按实际悄况设定本 次试验刀片厚度为3mm,质量为2.2kg,下落高 度为8Ocm.刀片落下50次后，如果试样裂口深 度小于试样厚度的2则将该试样放入i00C 的老化箱内老化48h后继续试验,直到所有试样 的裂口深度大于试样厚度的1/2为止.混炼工艺对硫化胶耐裂口增长性能的影响如 表3所示，胶料硫化时间为25min.从表3可以看出，方案A硫化胶的耐裂口增 长

11、性能最差，方案D硫化胶的耐裂口增长性能最 好混炼工艺不同的4种硫化胶的耐裂口增长性 能在刀片落下300次之前未被破坏的试样数量完 全一样，耐裂口增长性能的差别在试验后期才显 示出来，这基本可以说明该试验方法能够模拟轮 胎在长时间使用过程中逐步累积最终被撕裂这一 情况.表3耐裂口增长试验过程中未被破坏的试样数量个刀片落下次数混炼方案Io10999872.5生产效率4种方案胶料加硫化剂后混炼时间相同，因 此比较加硫化剂前不同方案胶料的混炼时间可以 考察生产效率加硫化剂前方案A胶料的混炼 时间为180S,方案B为300S,方案C为180s（两 种母炼胶同时进行混炼），方案D为340S（-段 母炼胶为

12、180S,二段母炼胶为160s）.方案A 和C的生产效率儿乎是方案B和D的2倍.但 方案A胶料生热大，且耐裂口增长性能不佳，因 此就生产效率而言，方案C实用性较强.且方案 c在密炼机只有恒定转速的情况下是一种高效的 混炼方案，其能耗较低，与方案A相当.3结语混炼工艺对炭黑/口炭黑补强NR胶料性能 的影响较大就压缩疲劳和耐裂口增长等性能而 言，混炼方案B和D较好;就生产效率而言，混炼 方案C较好，其综合物理性能也可满足生产需 要,实用性较强.参考文献：WangMJ,ZhangRMahniudK.Carbon 一silicadualpasefill一 eEanewgenerationreinforcingagentforrubber.part IX .ap plicati