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行業(yè)百科

一、白炭黑對膠料工藝性能的影響

（1）膠料的混煉與分散

白炭黑由于比表面積很大，總趨向于二次聚集，加之在空氣中極易吸收水分，致使羥基間易產(chǎn)生很強的氫鍵締合，進一步提高了顆粒間的凝聚力，所以白炭黑的混煉與分散要比炭黑困難得多，而且在多量配合時，還容易生成凝膠，使膠料硬化，混煉時生熱大。為獲得良好的分散，就要求初始混煉時，保持盡可能高的剪切力，以便使白炭黑的這些聚集體粒子盡可能被破壞，而又不致使橡膠分子鏈發(fā)生過多的機械降解。為此，白炭黑應(yīng)分批少量加入，以降低生熱。適當(dāng)提高混煉溫度，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子間的凝聚力，有助于白炭黑在膠料中的分散。

（2）白炭黑補強硅膠混煉膠中的結(jié)構(gòu)控制;

白炭黑，特別是氣相法白炭黑是硅膠的補強劑，但有一個使混煉膠硬化的問題，一般稱為“結(jié)構(gòu)化效應(yīng)”。其結(jié)構(gòu)化隨膠料停放時間延長而增加，甚至嚴(yán)重到無法返煉、報廢的程度。對此有兩種解釋，一種認(rèn)為是硅膠端基與白炭黑表面羥基縮合；另一方面認(rèn)為硅膠硅氧鏈節(jié)與白炭黑表面羥基形成氫鍵。

防止結(jié)構(gòu)化有兩個途徑，其一是混煉時加入某些可以與白炭黑表面羥基發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，如羥基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。當(dāng)使用二苯基硅二醇時，混煉后應(yīng)在160~200℃下處理0.5~1h。這樣就可以防止白炭黑填充硅膠的結(jié)構(gòu)化。另一途徑是預(yù)先將白炭黑表面改性，先去掉部分表面羥基，從根本上消除結(jié)構(gòu)化。

白炭黑對膠料工藝性能的影響,白炭黑對硫化膠性能的影響

（3）膠料的門尼粘度

白炭黑生成凝膠的能力與炭黑不相上下，因此在混煉白炭黑時，膠料的門尼粘度提高，以致于惡化了加工性能，故在含白炭黑的膠料配方中軟化劑的選擇和用量很重要。在IIR中往往加入石蠟烴類、環(huán)烷烴類和芳香烴類，用量視白炭黑用量多少及門尼粘度大小而異，一般可達(dá)15-30%。在NR中，以植物性軟化劑如松香油、妥爾油等軟化效果，合成的軟化劑效果不大，礦物油的軟化效果。

（4）膠料的硫化速度

白炭黑粒子表面有大量的微孔，對硫化促進劑有較強的吸附作用，因此明顯地遲延硫化。為了避免這種現(xiàn)象，一方面可適當(dāng)?shù)靥岣叽龠M劑的用量；另一方面可采用活性劑，使活性劑優(yōu)先吸附在白炭黑表面，這樣就減少了它對促進劑的吸附。

活性劑一般是含氮或含氧的胺類、醇類、醇胺類低分子化合物。對NR來說胺類更適合，如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亞甲基四胺等。對SBR來說，醇類更適合，如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等?；钚詣┯昧恳鶕?jù)白炭黑用量、PH值和橡膠品種而定，一般用量為白炭黑的

二、白炭黑對硫化膠性能的影響

白炭黑對各種橡膠都有十分顯著的補強作用，其中對硅膠的補強效果尤為突出。

①大多數(shù)促進劑都是含有氨基，由于白炭黑的吸附作用以及與促進劑的反應(yīng)，都會降低促進劑參加硫化反應(yīng)的量。

②其本身呈酸性，不能活化大多數(shù)呈酸性的促進劑;

③白炭黑可以和活化硫化的鋅離子反應(yīng)而降低鋅粒子的濃度。因此可以影響硫磺/促進劑體系的硫化效果。同時由于本身具有酸性，可顯著降低過氧化物的交聯(lián)速度和效率。還會使 DCP 在硫化時有難聞的氣味。

白炭黑是一種補強效果僅次于相應(yīng)爐法炭黑的白色補強劑。含一定量白炭黑的硫化膠與相應(yīng)爐法炭黑（如HAF）補強的硫化膠相比，具有強度高、伸長率大，撕裂強度高、硬度高、絕緣性好等優(yōu)點。通常將炭黑和白炭黑并用，可以獲得較好的綜合性能。

白炭黑對膠料工藝性能的影響,白炭黑對硫化膠性能的影響

白炭黑對SIBR膠料性能的影響

SIBR具有NR,BR和SBR的結(jié)構(gòu)單元,集成了NR,BR和SBR性能的優(yōu)點。用SIBR作胎面膠主體材料,既可克服NR/BR/SBR共混膠微觀相分離的缺點,又可解決胎面膠耐磨性能、抗?jié)窕阅芎蜐L動阻力之間的矛盾,達(dá)到高性能輪胎對胎面膠性能的要求[3,4]。同時,使用白炭黑也是降低輪胎滾動阻力的有效方法。為促進SIBR在高性能輪胎中的應(yīng)用,本工作研究白炭黑等量替代炭黑對SIBR膠料性能的影響。

1　實驗

1·1　主要原材料

SIBR,St/Ip/Bd質(zhì)量比為25/40/35,門尼粘度[ML(1+4)100℃]為78,北京燕山石油化工公司研究院中試產(chǎn)品;炭黑N375,天津海豚炭黑有限公司產(chǎn)品;易分散白炭黑,牌號Z 1165 MP,青島羅地亞白炭黑有限公司產(chǎn)品。

1·2　膠料配方

SIBR　100,氧化鋅　4,硬脂酸　2,軟化劑8,防老劑　3.5,硫黃　1.5,炭黑N375、白炭黑、偶聯(lián)劑Si69、促進劑NS　變量(見表1,其中

炭黑N375和白炭黑總用量為70份),其它　2.2。

1·3　試樣制備

1#配方膠料采用常規(guī)二段混煉工藝混煉。一段混煉在1.57 L本伯里密煉機(英國FarrelBridge公司產(chǎn)品)中進行,加料順序為:SIBR→小料→白炭黑→炭黑→軟化劑;二段混煉加入硫黃和促進劑,在XK-160A型開煉機(上海橡膠機械廠產(chǎn)品)上進行。

2#~6#配方膠料采用三段混煉工藝混煉。一段和二段混煉在1.57 L本伯里密煉機中進行,一段混煉加入SIBR、白炭黑和炭黑,二段混煉加入小料和軟化劑;三段混煉加入硫黃和促進劑,在XK-160A型開煉機上進行。

硫化在平板硫化機上進行,硫化條件為150℃×t90。

1·4　性能測試

(1)門尼粘度和門尼松弛試驗在M200E型門尼粘度試驗儀(北京友深電子儀器有限公司產(chǎn)品)上進行。門尼松弛試驗條件為:溫度　100℃,松弛時間　120 s。

(2)滾動損失在登錄普旋轉(zhuǎn)功率損失儀上測試。

(3)耐磨性能試驗在LAT100型磨耗試驗機(荷蘭VMI公司產(chǎn)品)上進行。

(4)動態(tài)力學(xué)分析(DMA)在DTMA-Ⅳ型動態(tài)粘彈譜儀(美國Rheometric ScientificTM公司產(chǎn)品)上進行。測試條件為:頻率　10 Hz,應(yīng)變　0.5%,溫度　-80~+100℃,升溫速率　2℃·min-1。

(5)其它性能按相應(yīng)國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測試。

白炭黑對膠料工藝性能的影響,白炭黑對硫化膠性能的影響

2　結(jié)果與討論

2.1　白炭黑等量替代炭黑對混煉膠性能的影響

(1)門尼粘度和門尼松弛

門尼粘度和門尼松弛反映膠料的加工性能。門尼粘度小及門尼松弛時間(t70,t80和t90)短、應(yīng)力松弛面積A(由截距k和斜率a計算得出)小,膠料的加工性能好。白炭黑等量替代炭黑對混煉膠門尼粘度和門尼松弛的影響見表2。從表2可以看出,白炭黑部分和完全替代炭黑的混煉膠門尼粘度稍有增大,門尼松弛時間t70和t80不變,t90稍有延長;白炭黑部分替代炭黑的混煉膠A稍有增大,完全替代炭黑的混煉膠A顯著增大,這表明白炭黑等量替代炭黑,尤其是完全替代炭黑的膠料加工性能變差。

白炭黑等量替代炭黑對混煉膠門尼焦燒和硫化特性的影響見表3。從表3可以看出,白炭黑等量替代炭黑后,隨著白炭黑用量的增大,混煉膠的門尼焦燒特性時間t5和t35及硫化時間t90延長,這是因為白炭黑粒子小、比表面積大,會吸附

膠料中的促進劑,使膠料的硫化速度下降。因此,在配方設(shè)計時,應(yīng)根據(jù)白炭黑用量變化調(diào)整促進劑用量,避免膠料硫化速度過低。

2·2　白炭黑等量替代炭黑對硫化膠性能的影響

2·2·1　物理性能

白炭黑等量替代炭黑對硫化膠物理性能的影響如圖1~5和表4所示。從圖1~5可以看出,隨著白炭黑用量的增大,硫化膠的拉伸強度、拉斷

伸長率和定伸應(yīng)力先增大,在白炭黑用量為25,40和10份左右分別達(dá)到值,其后減小;硬度略有降低;撕裂強度顯著增大,在白炭黑用量超過50份后趨于穩(wěn)定;回彈值先增大,壓縮

溫升和滾動損失先降低,在白炭黑用量為15~50份時變化不大,白炭黑完全替代炭黑后,回彈值增幅及壓縮溫升和滾動損失降幅較大。

從表4可以看出,全白炭黑硫化膠的耐磨性能優(yōu)異;白炭黑用量為20和30份的硫化膠耐磨性能也較好,這可能是易分散白炭黑在膠料中的分散性較好,與橡膠之間作用強的緣故。

2·2·2　動態(tài)力學(xué)性能

硫化膠的DMA譜如圖6所示,0和60℃時的tanδ值如表5所示。從圖6和表5可以看出,白炭黑部分和完全替代炭黑后,硫化膠的玻璃化溫度向高溫方向偏移,0℃時的tanδ值增大,60℃時的tanδ值減小,且白炭黑用量越大,60℃時

的tanδ值越小,這與滾動損失變化趨勢吻合。這表明,白炭黑部分和完全替代炭黑后,硫化膠的抗?jié)窕蕴岣?滾動阻力減小。

3　結(jié)論