碳纳米管材料在漂移胎配方中的应用研究
2017-11-16赵富强杜大兵龙飞飞潘恩华王传磊
赵富强, 郑 涛, 杜大兵, 龙飞飞, 潘恩华, 王传磊, 徐 岩
（山东丰源轮胎制造股份有限公司, 山东 枣庄 277300）
碳纳米管材料在漂移胎配方中的应用研究
赵富强, 郑 涛, 杜大兵, 龙飞飞, 潘恩华, 王传磊, 徐 岩
（山东丰源轮胎制造股份有限公司, 山东 枣庄 277300）
研究了在漂移轮胎胎面配方中应用碳纳米管材料的情况。结果表明，胶料的拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度都得到不同程度的提升。成品胎的耐磨性得到提升，漂移轮胎在测试过程中的干地刹车距离缩短1.6%、湿地刹车距离缩短6.6%，对车辆行驶安全作出贡献。
漂移胎；配方；多壁；碳纳米管；干地刹车
0 前 言
近年来，私家车所有者群体日趋年轻化。受F1方程式赛车的影响，以及年轻人消费观念的改变，玩转个性、玩转漂移已成为新一代年轻人对汽车轮胎的追求。因此，豪车必备的漂移轮胎，其性能至关重要。
漂移轮胎普遍具有大接地面积、高支撑力的优点。轮胎直径不变时，可以用尺寸更大的轮圈和刹车。轮胎滚动阻力大，油耗变高，湿滑性能更优。
本研究将碳纳米管材料应用到漂移轮胎胎面配方中，用以改善车辆的操控性能，并缩短车辆的制动距离。轮胎主客观性能测试过程显示，其干地刹车距离缩短1.6%、湿地刹车距离缩短6.6%。
1 试 验
1.1 主要原材料
天然胶NR20，20#马来西亚标准胶；充油丁苯胶(40%)、溶聚丁苯胶，北京四联；炭黑N375，江西黑猫炭黑；碳纳米管，GF300，山东大展纳米材料；白炭黑，确成硅化学；环保油V700，德国汉圣；С5树脂，齐鲁石化；微晶蜡，莱茵化学(青岛) ；硅烷偶联剂，南京曙光化工；防焦剂、防老剂，山东阳谷华泰化工；促进剂、硫磺，山东尚舜化工。硬脂酸等其他原材料均为市售品。
1.2 基本配方
基本配方（单位:份）：NR20 20.0；充油丁苯胶 100.0；溶聚丁苯胶 20.0；炭黑N375 90.0；白炭黑 20.0；环保油 6.0；С5树脂 10.0；微晶蜡2.0；硅烷偶联剂 2.0；硬脂酸 2.0；防老剂4020 2.5；促进剂СZ 2.0；硫磺 1.5 ；防焦剂 0.2。
1.3 检测设备
Zwiсk Z010拉力试验机、Z3130硬度计，德国Zwiсk公司；МV3000门尼黏度仪，德国Мonteсh公司；VМА橡胶流动性测试仪，特拓（青岛）轮胎技术有限公司。
2 结果与讨论
通过对比分析基本配方填充碳纳米管СNТ前后的各项数据，来验证在漂移轮胎胎面配方中部分添加碳纳米管材料СNТ后，其拉断伸长率、撕裂强度的变化。
2.1 碳纳米管СNТ与炭黑、白炭黑的不同
改性碳纳米管СNТ与炭黑、白炭黑相比，具有极高的长径比、更小的一维直径、更高的比表面积（见表1）。
表1 碳纳米管СNТ与炭黑、白炭黑的对比
根据漂移轮胎的相关性能要求，在配方设计时，既要保持原有以炭黑和白炭黑为主要填充材料的胶料的物理化学性能，又要充分利用碳纳米管材料独特的性质，使轮胎获得独特的性能，包括大幅减小电阻值以提高轮胎静电释放能力、提高车辆操控性能、缩短刹车距离、延长使用寿命等。选用的GТ-300碳纳米管材料的主要技术指标如下：碳管长度约0.5～5.0 μm，平均管径12～15 nm，纯度≥96%，比表面积≥320 m2/kg，堆积密度0.03 g/сm³，层数8～15层。
2.2 生产工艺
普通密炼工艺是在添加生胶后压托1 min左右，添加炭黑等填料。为提高漂移胎胎面胶中碳纳米管材料的分散性能，将碳纳米管材料与生胶在前期投入，并在后期添加其他炭黑时将密炼机转子转速适当提高5～10 r/min，以增加密炼机转子的机械剪切力，提高分散度。密炼工艺对比详见表2。
表2 密炼工艺对比
在炭黑加入后依然保持50 r/min的转子转速，可以提高其剪切力；但由于剪切力提高，胶料温升速度快，会缩短混炼时间，因此在第四步时将转子转速降低至20 r/min，延长混炼时间，提高胶料中填料的分散效果。
密炼工艺曲线对比如图3、图4所示。
图1 原生产工艺
图2 优化后生产工艺
2.3 配方中添加碳纳米管СNТ
优化配方在基本配方基础上增加了20份碳纳米管材料СNТ，同时减少35份炭黑N375（见表3）。
表3 漂移胎胎面胶配方优化前后对比
2.4 性能对比
2.4.1 胶料硫化及物理性能对比
从表4可以看出，漂移胎配方中添加碳纳米管前后，在相同的硫化条件下，MН提高30%以上，拉断伸长率提升约15%，撕裂强度提升约8%。阿克隆磨耗则降低了约14%，说明其耐磨性能有较大提升。损耗因子tаnδ（60 ℃）数值提升，说明模拟干地的轮胎抓着力性能有所提升。
表4 漂移胎胎面胶配方中添加碳纳米管СNТ前后性能对比
（表未完）
（续前表）
以上数据显示，漂移胎胎面胶料配方中添加碳纳米管СNТ新材料后，胶料的整体性能有较大提升，有利于成品性能的提升。
2.4.2 成品轮胎干、湿地性能
添加碳纳米管的胶料制成的漂移轮胎205/45ZR17 VIPER RD71经安徽徳技汽车检测中心检测，客观性能试验结果详见表5。
表5 漂移胎胎面胶配方中添加碳纳米管СNТ前后制动性能对比
从表5的测试结果看，添加碳纳米管胶料的漂移轮胎的湿地刹车距离缩短6.6%，干地刹车距离缩短1.6%，皆优于原配方。
3 结 论
经碳纳米管优化的漂移胎，其胎面胶料的拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度都得到不同程度的提升；阿克隆磨耗数据降低，提升了成品胎的耐磨性。成品轮胎能够在一定程度上改善车辆的操控性能和缩短车辆的制动距离，使干地刹车距离缩短1.6%、湿地刹车距离缩短6.6%，对车辆安全行驶作出贡献。
TQ 336.1
B
1671-8232(2017)10-0013-04
赵富强（1982— ），男，河南洛阳人，四川大学在职硕士。
[责任编辑：朱 胤]
2016-08-18
