新型炭黑D11在低滚动阻力轮胎胎面胶中的应用

2018-07-20彭俊彪

橡胶科技 2018年2期

彭俊彪

（双钱集团上海轮胎研究所有限公司，上海 200245）

为了提高轮胎胎面胶的耐久性能，美国卡博特公司开发了商品名为Propel D11的炭黑（简称炭黑D11）。该炭黑的比表面积大，补强性能高，用于轮胎胎面胶可提高其抗切割性能、抗撕裂性能及耐磨性能，延长轮胎使用寿命。卡博特实验室测试结果表明，在相同的条件下，使用炭黑D11的天然橡胶（NR）胶料的耐磨性能比使用炭黑Vulcan 10H的胶料提高10%。炭黑D11主要用于卡客车轮胎和越野车轮胎胎面胶，也可以用于对耐久性能要求特别高的乘用车轮胎和轻型卡车轮胎胎面胶。

本工作主要研究炭黑D11等量替代炭黑N375对低滚动阻力轮胎胎面胶性能的影响，以期为轮胎企业开发耐久性能更高的低滚动阻力轮胎提供一种可选方案。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，RSS3，泰国产品；炭黑N375和炭黑D11，上海卡博特化工有限公司产品。

1.2 试验配方

NR 100，炭黑D11或N375 48，氧化锌 4，硬脂酸 2，防老剂 2，硫黄/促进剂 2，其他 2。

1.3 主要设备和仪器

XK-160型开炼机，广东省湛江机械厂产品；BB430型密炼机，日本神户制钢公司产品；11D型密炼机，美国法雷尔公司产品；QLBD型平板硫化机，湖州橡胶机械厂产品；MDR2000型硫化仪和MV2000E型门尼粘度仪，美国阿尔法科技有限公司产品；H10KS型电子拉力机，美国Hounsfield公司产品；LAT100型室内磨耗试验机，荷兰VMI公司产品；GT-RH2000型压缩生热试验机，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品；Diammd DNNA型动态力学分析仪，美国PE公司产品。

1.4 混炼工艺

小配合试验胶料在开炼机上按常规工艺进行混炼：先加入生胶，后加入炭黑，再依次加入各种小料，最后加入硫黄和促进剂，混炼均匀后薄通6次，下片备用。

大配合试验胶料采用两段混炼工艺在密炼机中进行混炼。一段混炼密炼机转子转速为50 r·min-1，混炼工艺为：先加入生胶，后加入炭黑，再依次加入各种小料，混炼均匀，160 ℃排胶。二段混炼密炼机转子转速为30 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶混炼30 s，加硫黄和促进剂，混炼均匀，110 ℃排胶。

1.5 性能测试

（1）胶料拉伸性能测试按照GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》进行，拉伸速率为50 mm·min-1。

（2）胶料磨耗性能采用室内磨耗试验机进行测试，测试条件为：负荷 50 N，转速 10 km·h-1，倾角 7°，里程 2 km。

（3）胶料压缩疲劳性能采用压缩生热试验机进行测试，圆柱体试样高度为25 mm，直径为18 mm，测试条件为温度 55 ℃，负荷 1 MPa，冲程 4.45 mm，频率 30 Hz。

（4）胶料动态力学性能采用动态力学性能分析仪进行测试，试样尺寸为10 mm×4 mm×2 mm，测试条件为温度 0～80 ℃，升温速率 3 ℃·min-1，最大动态负荷 2 N，最大振幅 120 μm，频率 10 Hz，采用双悬臂梁形变模式。

（5）胶料其他性能按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

炭黑D11的理化性能如表1所示。从表1可以看出，炭黑D11的吸碘值、压缩样DBP吸收值、氮吸附比表面积和统计吸附比表面积远大于炭黑N375，说明炭黑D11粒径小，结构度高。

表1 炭黑D11的理化性能

2.2 小配合试验

2.2.1 硫化特性

小配合试验胶料的硫化特性如表2所示。从表2可以看出，用炭黑D11等量替代炭黑N375，胶料的门尼粘度增大，门尼焦烧时间延长，FL和Fmax略有提高，t10和t90略有延长。

2.2.2 物理性能

小配合试验胶料的物理性能如表3所示。从表3可以看出，用炭黑D11等量替代炭黑N375，胶料的定伸应力、拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度提高，耐磨性能提高22%。这说明炭黑D11对橡胶的补强作用更强，使用炭黑D11可以改善胶料的物理性能。

表2 小配合试验胶料的硫化特性

表3 小配合试验胶料的物理性能

2.2.3 压缩疲劳温升和动态力学性能

小配合试验胶料的压缩疲劳温升和动态力学性能如表4所示。从表4可以看出，用炭黑D11等量替代炭黑N375，胶料的压缩疲劳温升略有升高，tanδ增大，这说明胶料的抗湿滑性能提高，滚动阻力有所增大。分析原因，与炭黑N375相比，炭黑D11的吸碘值大，比表面积大，粒径小，而填料粒径越小，分散越难，胶料的生热越高，因此炭黑D11胶料的生热和滚动阻力比炭黑N375胶料高。